天然黏土礦物儲量豐富、環(huán)境友好、價(jià)格低廉，同時(shí)具有豐富的活性位點(diǎn)、形貌多樣、易化學(xué)修飾等優(yōu)點(diǎn)，但是目前黏土礦物存在粗放式、低端利用的問題，高值化利用的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究亟待加強(qiáng)。鋰硫電池（Li-S）由于高的理論比容（1675 mA h g?1）和理論比能量（≈2600 W h kg?1）被視為最有前景的下一代二次電池體系。如能將低成本的礦物材料應(yīng)用于制造二次電池關(guān)鍵部件，將有望顯著降低電池的成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)礦物資源的高值化利用。
近日，南方科技大學(xué)李一舉教授和東華大學(xué)高婷婷教授詳細(xì)回顧并總結(jié)了黏土礦物在Li-S電池中的最新研究進(jìn)展和挑戰(zhàn)，對不同類型黏土礦物的形貌和晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜述，總結(jié)并概括了黏土礦物在Li-S電池各個(gè)關(guān)鍵部件中的作用機(jī)理和最新研究成果。同時(shí)針對黏土礦物在Li-S電池正極、隔膜、電解質(zhì)、鋰負(fù)極等方面的開發(fā)與利用前景進(jìn)行探討與展望。
可充電鋰硫電池在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)，比如硫正極的體積變化和低硫負(fù)載量、嚴(yán)重的多硫化物穿梭及轉(zhuǎn)化動力學(xué)緩慢，高反應(yīng)性的鋰金屬負(fù)極會加速循環(huán)過程中電解質(zhì)的消耗，導(dǎo)致電池性能衰減和嚴(yán)重的安全問題。天然黏土礦物具有豐富的元素組成、多樣的形態(tài)(納米棒、納米管、納米片等)和晶體結(jié)構(gòu)，賦予了其獨(dú)特的理化性質(zhì)，如:特殊的表面電荷、高機(jī)械性能，強(qiáng)陽離子交換能力、大比表面積、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等，使其在解決Li-S電池的關(guān)鍵科學(xué)問題上發(fā)揮著重要的作用。但天然黏土礦物微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜和礦源種類繁多，未來的黏土基能源材料的研究工作應(yīng)該更加注重黏土礦物的本征性質(zhì)，深入解析其有效成分和功能性結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)黏土礦物在能源領(lǐng)域的高值化利用，有效提升電池性能，以期實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。 論文信息 Recent Progress on Natural Clay Minerals for Lithium-Sulfur Batteries Liu Yang, Xin Yang, Feng Xia, Yifei Gong, Faxue Li, Jianyong Yu, Tingting Gao, Yiju Li Chemistry – An Asian Journal DOI: 10.1002/asia.202300473
