摘要:无阳极电池(AFBs)代表了电池架构的范式转变,避开了传统的金属阳极,转而使用集电器(CC)。与传统金属电池相比,这种创新方法有望提高能量密度,降低制造成本,减少对环境的影响。一个特别有前景的AFB子集是无阳极锂硫电池(AFLSB),由于其卓越的理论能量密度、
无阳极电池(AFBs)代表了电池架构的范式转变,避开了传统的金属阳极,转而使用集电器(CC)。与传统金属电池相比,这种创新方法有望提高能量密度,降低制造成本,减少对环境的影响。一个特别有前景的AFB子集是无阳极锂硫电池(AFLSB),由于其卓越的理论能量密度、硫的丰度和潜在的成本优势,它引起了人们的广泛关注。
这篇小型综述概括了AFLSB研究的最新研究,阐明了关键的挑战和突破。锂(Li)金属阳极的缺失减轻了安全问题,并最大限度地提高了电池能量密度。然而,在CC上成功镀锂需要亲锂表面和精心设计的固体电解质界面(SEI)。
为了克服这些障碍,研究人员正在探索多种策略,包括表面改性、电解质添加剂和阴极工程。通过CC上的金属涂层、3D CC的利用和多硫化锂清除剂的掺入,已经实现了有希望的结果。此外,准固态电解质提供了更高的安全性,并可能增强AFLSB的性能。AFLSB研究是一个快速发展的领域,取得了重大进展。这些突破有可能开创高性能和可持续能源存储解决方案的新时代。相关论文以题为Rising Anode-Free Lithium-Sulfur batteries发表在Chemical Engineering Journal。
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图1. (a)典型锂离子电池 (LIB)、带厚金属锂负极的锂硫电池 (LSB) 和 AFLSB 的电池体积与能量密度的关系。(b) 通过加法和减法制造工艺改进 AFLSB 的锂镀层和剥离的集流体(CC)改造类型。(c) LSBs 的一般难点,包括正极和负极,以及在负极侧加入改性 CC。
图2. AFLSB 的工作原理,从完全锂化的正极(Li2S)和裸负极 CC 的初始状态开始。
图3. LiPSs 对锂镀层的益处。
图4. a) 使用不同电解质的 Ni || Li2S全电池的电化学性能。b) LiI + LiNO3 与 LiNO3 和氧化硫物种沉积锂的 S 2p 光谱。c) 亚硝酸盐和有机氮化物种N 1 s 光谱。d) 硝酸将硫化物氧化成硫酸盐在稳定金属锂表面所起作用的机制示意图。
图5. a) 准固态 Li2S || Cu 电池示意图。b) PP、无 MXene 的 GPE 和 CGPE 的火焰测试。c) 锂化 Li2S@MX | CGPE | Cu 全电池和 Li | LE | S 电池外部短路后的红外热成像。
图6. (a) MS42-进入电解质、二聚化以及通过吸收 S0 原子与长链锂离子发生自发反应的示意图。(b) 传统富含 Li2S 和富含 Li2TeS3 的 SEI 中的锂离子扩散趋势示意图。(c) AFLSB 电池配置示意图。(d) 4 wt% TeNW 涂层隔膜电池和无涂层隔膜电池的长循环性能。
来源:独悟然