周灵平教授团队在热电池研究领域再获重要进展

热电池是一种高温一次性电池，可满足长时间贮存(15年以上)要求，是重要的军用电池之一。长期以来国内外热电池及其相关材料的研究主要在军工研制单位内部开展，国际上发表的论文屈指可数且影响有限，是电池基础研究方向的一个冷门。近年来热电池在军用和民用均有广泛应用需求，其中正极材料已成为制约热电池更新换代和发展的关键环节，相关基础研究亟待开展。目前热电池常用正极材料为FeS₂和CoS₂，由于热稳定性差或比容量低，致使材料利用率低、放电时间短，只能用于2000km以内的战术导弹，无法满足远程巡航导弹和长时间应急的需求。我院周灵平课题组在前期采用颠覆高温熔盐电池材料的纳米化技术成功开发高比容量的纳米NiS₂正极材料(Journal of Power Sources, 2017, 352, 83~89)的基础上，通过包覆制粒方法解决了纳米正极材料的高温稳定性和长时间使役问题，研究成果以“The hierarchical carbon modified nano-NiS₂ cathode with high thermal stability for a high energy thermal battery”发表在“Journal of Materials Chemistry A(IF=8.867)”上。文章第一作者为博士生金传玉，通讯作者为我院符立才副教授和周灵平教授，文章链接为：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ta/c8ta00346g#!divAbstract

该论文针对NiS₂纳米化后高温稳定性降低的问题，开发了一种碳包覆制粒技术，构建了纳微结构的NiS₂-C复合材料（已申请国家发明专利，201810189138.9），其高温起始分解温度从400℃左右大幅提升到590℃，不仅比容量提高，而且在650℃实现了有效放电，对延长热电池实际工作寿命具有重大意义。发现了在纳微结构NiS₂-C复合材料中存在多级碳，并揭示了其在提高纳米NiS₂高温稳定性和放电性能的作用机制：当热电池点火温度瞬间升高到800℃以上时，包覆碳抑制了NiS₂高温分解产物特别是单质硫的逸出，限制了其分解反应的进行，骨架碳稳定了电极结构，在随后的降温过程中分解产物又化合生成NiS₂，成为稳定放电阶段的活性正极材料。热电池领域国际权威、美国桑迪亚国家实验室的Guidotti教授评价该工作 “shows that your group has great ingenuity. It is a good addition to thermal-battery technology. Very nice work!”。

Fig. 1 (a) TEM, (b) HRTEM and (c-f) dot-mapping images of NiS₂/C.

Fig. 2 (a) TEM, (b) HRTEM and (c-f) dot-mapping images of NiS₂/C.