盖世汽车讯 据外媒报道，研究人员开发出一种阴极复合材料，以提高锂硫电池（LSB）在极端环境中的效率和稳定性。该材料由嵌入还原氧化石墨烯（rGO）的氧化铋（III）（Bi2O3）制成，可以形成岛状结构，从而促进多硫化锂（LiPS）转化，并控制硫化锂（Li2S）积聚。
锂硫电池具有高理论能量密度（约2600 Wh kg -1），并且硫的成本低且储量丰富。但是，这种电池在低温下性能下降，LiPS溶解度下降，反应动力学减慢，并且内阻增加。这些挑战限制了LSB的商业应用，尤其是在寒冷气候或高需求的应用中。
这项研究中提出的阴极改性策略可以增强LSB在超低温（低至零下60）下的性能。研究人员将微球状Bi2O3颗粒嵌入rGO中，从而合成岛状Bi2O3/rGO复合材料（IBG）。这种独特的结构增加了电极和电解质之间的接触面积，从而改善锂离子传输，以及对LiPS的催化活性。
测试显示，即使在极冷的环境下，IBG基阴极的性能也明显优于传统材料。在室温下，IBG基电池实现了597 mAh g -1的放电容量，并保持5 C的高电流密度。在零下20时，其容量保持在900 mAh g-1左右，从而证明IBG在促进LiPS转化和防止Li2S积聚方面的作用。在零下60时，该电池的放电容量达到400mAh g -1，这标志着LSB技术的重大进步。
此外，IBG对可溶性LiPS表现出强大的吸附能力，有助于抑制穿梭效应并稳定长期循环。其结构特征增强Li2S逐渐成核，从而确保可控沉积和一致的电化学性能，尤其是在低温下。DFT分析进一步证实，IBG降低了LiPS转化的能垒，比单独使用Bi2O3和rGO具有更快的反应动力学和更高的活性。
这项研究代表了锂硫电池技术的重要进展，新型复合材料可以明显提高电化学性能和循环稳定性。IBG基LSB能够在低温下保持高容量和效率，有助于开发在寒冷或不稳定气候下运行的电动汽车、便携式电子设备和电网规模储能系统等应用。另外，这些发现为先进的阴极材料设计和优化策略提供了宝贵见解，有助于实现在极端环境下更高效、更可靠的LSB。
研究人员表示，下一步应侧重于改进IBG复合材料的合成，以提高结构均匀性和机械强度。探索集成其他导电材料或催化成分，可能进一步提高性能。对于将这项研究转化为实际应用，评估长期循环耐久性和扩大该系统的商业用途也十分重要。
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