周灵平教授团队在热电池领域研究取得重要进展

热电池是以熔盐作为电解质通过热激活的贮备型高温一次性电池，其比功率、比能量高，贮存时间长（20年），激活时间短（≤ 1 s），可耐震动自旋，被广泛应用于军事武器装备（核武器、导弹、鱼雷）、太空探索和矿山井下安全等领域。目前，热电池的工作寿命主要受制于正极材料，国内外通用的正极材料包括FeS₂和CoS₂，其中FeS₂正极材料虽具有较高的放电电压和稳定的放电性能，但较低的热分解温度和较高电阻使其只适合短寿命热电池，而低电阻、高热稳定的CoS₂作为正极材料可有效提高热电池寿命，但其较低的比容量限制了热电池寿命的进一步提升。NiS₂不仅具有较高的理论比容量（870 mAh g^-1）、较低的合成成本，而且热稳定及放电电压都处于FeS₂和CoS₂之间，被认为是一种理想的热电池正极材料，但其在热电池中总是难以完全放电，实际比容量离理论值相差甚远，相关放电机理尚不十分清楚，致使其一直没有在热电池上应用。

近期，bet365线上官网周灵平教授团队成功研制开发了一种高比容量纳米NiS₂热电池正极材料。该研究成果以“The acceleration intermediate phase (NiS and Ni₃S₂) evolution by nanocrystallization in Li/NiS₂ thermal batteries with high specific capacity”发表在J. Power Sources上(2014级博士生金传玉为该论文第一作者，周灵平教授为该文通讯作者)，该工作通过简单、高效、适合工业化生产的方法-球磨低温煅烧法制备出纯相纳米级NiS₂，以LiB合金为负极，三元熔盐（LiF-LiCl-LiBr）为电解质，在0.1 A cm^-2，500 ℃下放电，Li/NiS₂热电池的比容量达到794 mAh g^-1，比能量高达 1263 Wh kg^-1。

图1 纳米NiS₂

图2 不同尺寸NiS₂正极放电特性

图3 纳米NiS₂放电反应过程

这项工作得到国外热电池同行的肯定，为NiS₂正极材料制备与应用奠定了理论基础。文章链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775317304330

周灵平教授团队近期还在高比功率热电池正极材料NiCl₂方向取得一定进展，通过有效碳包覆在改善NiCl₂导电性的同时降低其与电解质的熔浸性，提高了Li/NiCl₂热电池的比功率，相关工作发表在Applied Surface Science上。

文章链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016943321730034X