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近期，能源領(lǐng)域旗艦期刊Energy & Environmental Science以“A quasi-solid-state rechargeable cell with high energy and superior safety enabled by stable redox chemistry of Li2S in gel electrolyte”為題刊載我校精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、化工學(xué)院研究進(jìn)展，報(bào)道了一類兼具高能量密度和高安全性的準(zhǔn)固態(tài)可充電鋰離子電池新體系。文章第一作者為大連理工大學(xué)精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、化工學(xué)院博士研究生孟祥玉，通訊作者為精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、化工學(xué)院王治宇、邱介山教授。


基于硫化鋰正極、硅負(fù)極與聚合物凝膠電解質(zhì)的準(zhǔn)固態(tài)鋰二次電池在(a)內(nèi)、外部短路、(b)過熱、(c)剪切后空氣靜置、(d)穿刺、(e)剪切暴露空氣、(f)剪切浸水等濫用條件下的安全性評(píng)估

發(fā)展高能量、高安全性的電能存儲(chǔ)技術(shù)與是當(dāng)今世界發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、改善生態(tài)環(huán)境、緩解能源危機(jī)的重大戰(zhàn)略需求。鋰離子電池是綜合性能最好的儲(chǔ)能與動(dòng)力電池體系之一，但傳統(tǒng)嵌鋰金屬氧化物正極不僅極大限制電池能量密度，其晶格釋氧反應(yīng)造成的電池脹氣、熱失控等問題更顯著制約了電池的壽命與可靠性。利用高比容量的金屬鋰負(fù)極可將鋰離子電池的能量密度提升數(shù)倍，但金屬鋰枝晶生長(zhǎng)造成的電池短路、性能快速衰減等難題也使其實(shí)際應(yīng)用遙遙無期。


導(dǎo)電吸附-催化雙功能活性位點(diǎn)對(duì)鋰硫可逆氧化還原反應(yīng)促進(jìn)機(jī)制的原位分析

針對(duì)現(xiàn)有鋰離子電池體系在能量密度與安全性上的瓶頸，王治宇、邱介山教授團(tuán)隊(duì)利用凝膠電解質(zhì)中硫化鋰正極與硅負(fù)極之間的穩(wěn)定多電子氧化還原反應(yīng)，在實(shí)現(xiàn)高能量密度(506-802 Wh kg-1)的同時(shí)，從原理上根除了高活性金屬鋰負(fù)極或釋氧正極對(duì)電池壽命與安全性的影響，發(fā)展了一類具有本質(zhì)安全性的高能量準(zhǔn)固態(tài)鋰離子電池新體系。獲得的軟包電池在過熱、內(nèi)/外部短路、機(jī)械穿刺/切割及水/氧破損等濫用條件下均具有良好的穩(wěn)定性，且可在-20至60oC寬溫區(qū)內(nèi)正常工作。在聯(lián)用原位紫外光譜、原位X射線衍射及原位電化學(xué)阻抗譜深入理解揭示其多硫化物介導(dǎo)反應(yīng)機(jī)理基礎(chǔ)上，發(fā)展了限域空間內(nèi)構(gòu)建導(dǎo)電吸附-催化雙功能活性位點(diǎn)，提升電池在低離子遷移率凝膠電解質(zhì)中氧化還原反應(yīng)效率的有效策略。此項(xiàng)工作為彌補(bǔ)二次電池安全性與能量密度之間的鴻溝，發(fā)展高可靠性、高環(huán)境適應(yīng)性的新型電池提供了新的思路，在載人交通工具、空間技術(shù)、植入醫(yī)療等對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)安全性、可靠性需求突出的領(lǐng)域極具應(yīng)用前景。

工作得到了國家自然科學(xué)基金會(huì)、遼寧省科技廳、大連市科技局、大連理工大學(xué)的共同資助支持。 

原標(biāo)題：發(fā)展新型電池，大連理工大學(xué)帶來新思路！