西南科技大學宋英澤教授團隊成功開發(fā)了一種基于輻照聚丙烯酰胺(I-PAM)粘合劑的硫電極結(jié)構(gòu)設(shè)計,有效解決了硫電極在充放電過程中因體積膨脹/收縮導致的結(jié)構(gòu)破壞問題。通過I-PAM粘合劑的創(chuàng)新應用,硫電極實現(xiàn)了顯著的體積變化抑制和結(jié)構(gòu)完整性保持,使組裝的Li||S軟包電池在折疊、高低溫等嚴苛條件下仍保持優(yōu)異的放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性,為鋰硫電池的商業(yè)化應用提供了重要技術(shù)支撐。該研究不僅顯著提升了鋰硫電池的實用性能,還為高能量密度電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了新思路,對推動鋰硫電池在電動汽車、便攜式電子設(shè)備等領(lǐng)域的應用具有重要意義。
X-ray 3D nano CT技術(shù)在該研究中發(fā)揮了關(guān)鍵作用,通過同步輻射X射線3D納米斷層掃描,研究人員首次直接觀察并量化了硫電極在充放電過程中的微觀結(jié)構(gòu)演變。該技術(shù)在BL07W光束線進行,具有2×101?光子/秒的光子通量和30 nm的空間分辨率,使研究者能夠精確監(jiān)測硫電極在循環(huán)過程中的結(jié)構(gòu)變化。通過X-ray 3D nano CT,研究團隊直觀展示了I-PAM粘合劑如何在粘合網(wǎng)絡(luò)中引導硫的合理再生和重新占據(jù),驗證了I-PAM粘合劑對減輕體積變化效應和維持結(jié)構(gòu)完整性的有效性。這種結(jié)構(gòu)表征與SAXS和虛擬模擬相結(jié)合,為理解I-PAM粘合劑的作用機制提供了直接證據(jù),使研究人員能夠精確指導粘合劑的理性設(shè)計。

圖1?(a)軟X射線成像原理示意圖,(b)不同旋轉(zhuǎn)角度下LFP基板中FP的同步輻射X射線三維納米成像結(jié)果
相關(guān)工作以“γ-Ray irradiated polyacrylamide networks enable high-performance Li||S pouch cells”為題,發(fā)表在Nature Communications上。
全文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41467-025-61942-4