近日，大連理工大學教授胡方圓團隊在寬溫域鋰硫電池研究方面取得新進展。該研究針對鋰硫電池高溫條件下穿梭效應嚴重、低溫動力學緩慢和枝晶生長問題，基于分子工程策略，創制了具有氧化還原介質功能的聚合物刷材料，有效抑制了多硫化物的穿梭并加快了反應動力學，實現了鋰硫電池在寬溫域穩定運行。相關成果發表在《先進材料》上。
鋰硫電池因其豐富的硫資源和超高的能量密度，被認為是最有潛力的下一代儲能體系之一。然而，鋰硫電池在寬溫域條件下不理想的電化學性能，極大地限制了其實際應用。高溫條件下，多硫化物溶解度增加和分子擴散速率加快加劇了穿梭效應，導致快速且不可逆的容量衰減。在低溫條件下，多硫化物反應能壘增加和離子擴散速率減緩嚴重降低氧化還原反應動力學，導致活性物質利用率降低。通過優化電解液組分和正極材料雖可在一定程度上提升了電池的電化學性能，但難以同時提升高、低溫電化學性能和抑制枝晶生長。
針對上述問題，本研究以功能集成化思想為指導，創制了具有本征氧化還原介質功能和豐富極性基團的聚合物刷隔膜材料，加快了多硫化物的轉化動力學并均勻了鋰離子通量，實現了鋰硫電池在寬溫域穩定運行。為了進一步探究多功能聚合物刷材料對寬溫電化學性能的提升機理，通過對轉化決速步驟產物的沉積行為進行探究，證實在高、低溫條件下沉積模式均為三維沉積，有利于活性物質的充分利用。
使用該聚合物刷隔膜的鋰硫電池實現了在-40~70°C寬溫域運行，且組裝的Ah級軟包電池的能量密度可達417 Wh kg-1，證明了聚合物刷材料在鋰硫電池中的實際應用潛力。
相關論文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202503482
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