近日，北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院龐全全團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了系列具有高離子電導(dǎo)率的玻璃相硫化物電解質(zhì)材料，基于該材料所研制的全固態(tài)鋰硫電池，實(shí)現(xiàn)了快速固固反應(yīng)速率和高循環(huán)穩(wěn)定性。相關(guān)成果發(fā)表于《自然》。

隨著對(duì)高能量密度、長(zhǎng)壽命電池的需求不斷增加，全固態(tài)電池由于具有較高的安全性和比能量，在電動(dòng)交通等應(yīng)用中具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。基于硫正極和鋰負(fù)極的全固態(tài)鋰硫電池具有高比能量，且其適中的電位不會(huì)導(dǎo)致固態(tài)電解質(zhì)過度副反應(yīng)，充電時(shí)不會(huì)釋氧，因此具有更高的本征安全性。然而，全固態(tài)鋰硫電池中的固固硫轉(zhuǎn)換反應(yīng)，只能在固態(tài)電解質(zhì)、活性材料和碳之間的三相邊界發(fā)生，因此反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢，導(dǎo)致電池的速率性能和循環(huán)壽命較差。

為解決這一問題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了系列新型玻璃相硫化物L(fēng)BPSI電解質(zhì)材料，該類電解質(zhì)用于鋰硫電池中，不僅作為硫正極內(nèi)部的超離子導(dǎo)體，而且本身含有氧化還原反應(yīng)速度超快的碘，對(duì)硫的固固轉(zhuǎn)化反應(yīng)起到氧化還原介導(dǎo)的作用，顯著增加了活性位點(diǎn)的密度，實(shí)現(xiàn)快速固固硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

團(tuán)隊(duì)利用飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜研究了電池中碘的氧化還原現(xiàn)象，證明了可逆的碘氧化還原行為。基于這種氧化還原介導(dǎo)策略，全固態(tài)鋰硫電池表現(xiàn)出超快的充電能力。該研究成果對(duì)于全固態(tài)鋰硫電池的技術(shù)發(fā)展具有重要的理論指導(dǎo)意義。