2016-04-12
4月8日，第55期青椒学术沙龙在北洋园校区郑东图书馆一层举行。材料学院许运华研究员带来题为《新一代动力电池——锂-硫电池》的讲座。沙龙由校青年教师联谊会理事、材料学院孙晓红主持，本次沙龙吸引了来自材料、理学院、化工等学院的80余名师生参加。
许运华通过分析对比现有锂离子电池的能量密度和电动汽车的发展需要，提出新一代动力电池的希望是锂-硫电池，如能获得突破将能够大力推动电动汽车行业的发展。尽管特斯拉最新型号的电动汽车Model S充电一次能行驶超过300公里，但仍然远远低于人们的期望值约500公里。目前最有希望实现这一目标的技术是锂-硫电池，其理论能量密度达到2600 Wh/kg，远高于现有锂离子电池的理论能量密度约400 Wh/kg。
他还详细介绍了锂-硫电池的工作原理及面临的问题，主要有：1）在有机液体电解质体系中，硫与锂反应时生成可溶于电解质的高分子硫化锂，多硫锂盐易溶于液体电解液中，造成硫的流失，更严重的是充电时在正负极间扩散移动而形成穿梭效应，最终导致容量衰减过快、充放电效率低甚至功能丧失；2）硫和反应时产生的不溶于液体电解质的小分子锂盐电子和离子重导电性差，限制了充分和快速的充放电反应；3）硫电极在充放电过程中产生巨大的体积变化（70%）会破坏电极的机械结构，从而降低循环稳定性。
许运华从正极、负极及电解质等不同方面介绍了针对这些问题的解决方法和研究进展。包括：1）对硫正极进行包覆、分散到碳基体中形成复合物等方法，抑制多硫化锂的溶解和扩散；2）对锂负极表面处理，形成保护层，隔离锂与多硫化锂的接触，从而抑制锂与多硫化锂的反应；3）在电解质中使用添加剂，使在电极表面生成钝化膜，从而抑制锂与多硫化锂的反应等方法。
许运华对锂-硫电池进行了深入的研究，通过将硫分散到微孔碳中制备了碳/硫复合电极材料，获得了优异的稳定性，经过4000次充放电循环后其比容量仍能达到600 mAh/g，效率接近100%。报告也对其它新型高性能负极材料作了介绍，包括硅、锡等。除锂-硫电池外，许运华还对其它电池技术进行了介绍，包括全固态电池、钠离子电池、柔性电池等。
沙龙引起了在场师生的极大兴趣，报告结束后，10余名师生就硫在碳纳米管上附着的处理方法等问题踊跃问，与主讲人开展交流探讨。
