黄云辉/李真/孙琪真AFM：通过光纤传感器评估粘结剂对硫化聚丙烯腈正极的影响

硫化聚丙烯腈（SPAN）是一种非常稳定和有前途的高能量密度锂硫（Li-S）电池的硫化物正极材料，它可以规避多硫化物的溶解问题。然而，SPAN正极中由体积变化引起的应力集中是比较显著的，但很少被关注。

人们普遍认为，粘合剂在缓冲电极材料引起的应力方面起着关键作用，从而保持电极的完整性。然而，从力学的角度来看，粘合剂对SPAN正极的实际影响的理解还有待深化。

在此，华中科技大学黄云辉教授&李真教授&孙琪真教授等人将光纤布拉格光栅（FBG）植入SPAN正极薄膜中，通过使用四种不同的粘合剂来现场评估电化学-机械行为。SPAN正极的内部应变演变受到不同粘合剂的粘附性和机械性能等多种因素的影响。

研究发现，使用具有出色机械性能的聚丙烯酸（PAA）粘合剂的SPAN正极经历了最大的应变变化，但在高硫负荷下的电化学性能甚至更好。此外，在高硫负荷条件下监测了应变变化，并试图弄清硫负荷如何影响内置FBG传感器的信号。

图1. 嵌入FBG传感器的SPAN正极的SEM

总之，本工作利用光纤原位监测的便利性和有效性，系统地研究了PAA、GG、CMC-SBR和LA133四种普通水基粘结剂在SPAN正极循环过程中的应变演化规律。结果表明，不同力学性能的粘结剂对SPAN正极的应变演化有确切的影响。加入PAA粘合剂的SPAN正极内部应变演化最剧烈，这是由于其粘附性能最好，应变传递更有效。

随着浆料浇铸量的增加，应变逐渐增大，直至光纤被完全包裹，表明FBG的应变信号与活性物质的加载有关。研究结果可为SPAN正极粘结剂的评价提供参考，有助于了解粘结剂对SPAN正极实际应变演化的影响。

图2. 使用四种粘结剂的SPAN正极的内部应变曲线

Evaluating the Effect of Binder for Sulfurized Polyacrylonitrile Cathode via Optical Fiber Sensors, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202301736

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黄云辉/李真/孙琪真AFM：通过光纤传感器评估粘结剂对硫化聚丙烯腈正极的影响

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