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[转载]转小木虫:锂硫电池之江湖风云
dwd0826 2012-12-23 14:14
写 在转贴前:最近在调研Li-S这块的研究进展及趋势,发现这样一篇趣贴,转之以保留参考文献待以琢磨。 http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=5336858fpage=1 快一年没来此发帖,今天看到一虫友发帖中科院化学所解决锂硫电池之多硫离子溶解问题,随思绪万千写下所想,文章中的事件均来源于网络资料整理,为了便于大家的学习膜拜,文中人物均为真实姓名,如有不便,首先表示歉意,可以直接通知版主或者密信我以便我删除更改。 首先要淡定,这个工作不能算是突破,对于小分子硫在锂硫电池中的充放电机理一直没有系统的研究报道,但是小分子硫作为解决多硫化锂溶解的研究工作我国的研究者一直还是国际领先,且看我慢慢道来。 很久很久以前,大概在10多年前的某一天,一位当年从事我国“两弹一星”研究的退休院士来到了北京,这位科研界的武林前辈最后停在了防化研究院,在那简陋的不能再简陋的实验室里画了一个圈,从此创立了我国第一个锂硫电池研究门派,这位老前辈人叫杨裕生,他当年招收的第一代弟子是一个刚刚从北京化工大学硕士毕业的小姑娘,也就是创立我国有机硫化物、硫化碳炔材料以及锂硫电池研究秘籍的王维坤博士,如有兴趣,可去拜读下她的博士秘籍。历史总是那么的巧合,几乎是在同时,也就是2002年的某一天,一个和王维坤同样年龄的小青椒,他灰尘扑扑的从上海交大赶到了清华大学核能与新能源技术研究院,在大名鼎鼎的何向明教授手下开始了博后工作,由于他天资聪明,很快就练成了一种新型材料叫硫化聚丙烯氰复合材料,但是不知道什么原因,一年后他却匆匆离开去了远在北美的加拿大。这位当年的小青椒就是现在上海交大教授王久林博士。不过后来这两位年轻人好像意识到这类材料的缺陷,随后的便逐渐退出江湖,到了2005年后该类材料基本很少在江湖上露面。然而深有远见的老江湖,身居中国第一大门派清华大学的何向明教主却让那个叫硫化聚丙烯氰的复合材料在江湖上频频露面 。也为清华大学他们的实验室在锂硫电池研究界这个江湖中赢来了属目的一席之地。在此的几年内,中原各武林门派纷纷成立了自己的锂硫电池研究小组。在江湖中威震一方的有,北方天津的高学平南开派,南方厦门的董全峰厦大派,而最近几年初露江湖的长沙熊士昭国防派,一出手就力压其它门派,据江湖传言,他们已经将软包装锂硫电池练到了第400级(400Wh/kg)。最近又有江湖传言,研究了30多年仍然被多硫离子的溶解扩散搞得焦头烂额的武林界不知该何去何从时,有人忽然想起了当年那位漂亮的小姑娘和帅气小青椒的研究工作,就连远在德国的老外也似乎通过卫星扫描嗅到了一些信息,便迅速写了一篇秘籍 。随后西方的几个锂硫电池研究门派纷纷打出了差边球 ,特别是Nano Letter 上的那篇秘籍在最后章节中的解释更是洞察出来其中的奥秘,大有夺取我武林盟主之位的野心。然而当年参与创立我国锂硫电池研究门派的小姑娘,如今已身为人母且光荣入伍,鉴于身份的特殊如今已不便对此作出反击。如今回国后的王久林在上海创立了上交大门派早已徒弟满堂,立即而迅速的对老外进行了回击 。听说还有个叫什么南京航空航天的门派最近也是在江湖上露了一手 。面对西方门派的频频挑衅 ,今天我们终于也看到了作为我国科研武林界的最高门派,中科院化学门派打出了一篇JACS对西方门派进行了有力回击 ,迅速赢来了武林众生的好评。 然而纵观这些已发表的各门派之秘籍,都是离不开“导架”门派(导电骨架,简称“导架”),只不过各自更换新的名字,张三叫聚合物导电骨架,李四叫导电介孔碳,而起作用的都是导架之中的“硫”。但这门武林秘籍为了追求超高的循环性能,而早在二王创立之初就埋下了致命的缺陷,就是碳-硫键的存在,使得硫的含量均难以超过60%,大多数含量仅仅40%。就像当年白发魔女练霓裳的师傅凌慕华凭借天狼剑谱威震江湖,但天狼剑在创立时就埋下了容易走火入魔的缺陷,而为了解决走火入魔之咒,凌慕华的师兄又创立一套专门治疗走火入魔的武功,但却是要付出牺牲生命的代价,那练就这门武功秘籍的意义又何在了 ?对于如今利用的小分子硫彻底解决多硫离子溶解的问题,又是惊人的相似,在练成后的极片中硫含量只有20-40%,甚至更低,加上放电平台约1.9-1.7V!算一算我们习武之人如果将南帝北丐的武功(高能量密度的锂-硫电池),转变练成江南七怪的武功(小分子硫及硫化物),走在江湖中连那个眼睛失明行动受限的梅超风(犹如锂离子电池受理论容量限制)都打不过,我们还能说自己是武林高手吗?而要提高小分子硫材料的硫含量,那么小分子硫就不复存在。这无疑就是要卓一航牺牲自己的生命去拯救因练天狼剑谱而走火入魔的练霓裳,虽然能够演绎爱情的最高境界,但对于活着的练霓裳恐怕只有痛苦,是突破还是倒退?或许纷乱江湖中这一切都只是个浮云! 而对于初入锂硫电池研究江湖的年轻人来说,当你熟知如今江湖的绝门暗器——灌水文章以后,对于如今江湖上传言小分子硫,还认为它是解决多硫离子溶解问题吗?是锂硫电池的重要突破吗?淡定!淡定!再淡定! 参考文献: 1.Electrochim-ica Acta 52(2007)7372, 2.Journal of Power Sources 190 (2009)154, 3.Ionics 16 (2010) 689 , 4.Electrochimica Acta 56 (2011) 5252, Electrochimica Acta 72 (2012) 114– 5.Chem. Mater. 2011, 23, 5024−5028 6.Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50:5904 –5908, 7.Nano Lett 2011, 11(10): p. 4288-94,J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 295-301 8.Energy Environ. Sci., 2012,5, 6966-6972 9.Xiao, L.F, et al., Adv Mater,201224(9): 1176-81, 10.J. Am. Chem. Soc.2012, 134, 18510− 1851 备注: 1. 锂硫领域的Linda Nazar,像锂离子电池界的Goodenough,世界电池领域的女杰出科学家,获得2009年国际电化学会电池部研究奖,2010年加州研究所摩尔杰出学者奖,2011年获国际锂电Asso-ciation 奖,2011年国际纯粹化学会化学工程杰出女性科学家奖。 2. 美国得克萨斯大学奥斯汀的锂电大牛Arumugam Manthiram Challenges and Prospects of Lithium–Sulfur Batteries http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ar300179v
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Advanced Electrode materials for Lithium Batteries (1)
starbinbin 2012-4-12 14:22
Advanced Electrode materials for Lithium Batteries (1)
It will be concluded in this blog about the previous development of advanced materials for Lithium Batteries(LIBs). Among which most of the points are from a latest review paper "Function materials for rechargeable batteries, Adv. Mater, 2011, 23, 1695-1715". The schematic of previous study concerning electrode materials is showed below: From the side of Cathode materials, Lithium metal oxides are commonly used to act as the provider of Li-ion in the charging procedure. The potential capacity of this cathode materials is competitive but a poor ability of capacity retention remains a big problem. The polyanionic based materials are regarded as the next generation materials for Cathode due to its safety and reversibility of Lithium storage. This category could be represented by LiFePO4. Latest research indicates that the nanosize effect plays a great role in the contribution ofextremelyhigh performance, which would be a hot point in the future research. There are also organic materials which has also attracted a lot attentions, but will not described in details here. When comes to the materials for anode, lithium alloys (mainly with main-group elements)show great potential capacity due to its reaction with Lithium. However, the great volume expansion during the reactions could never be neglected. Hollow nanostructures could reduce the inner strain due to the volume variation. For instance, Ag coated 3D porous silicon has been developed to reduce the effect of volume expansion, which could be illustrated by the figure below: What's more, carbon coating of the tin based materials will decrease the volume expansion in a large extend.Another kind of anode materials—Transition metal oxides also attract similar considerations in a similar way. Such combination of two kinds of materials will take advantage of the characteristics of two or more kinds of materials, which represent the trend of developing novel anode materials.
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GMT+8, 2024-4-27 15:52

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