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賀高紅/李祥村EnSM：消除異質(zhì)表面之間的帶隙，實(shí)現(xiàn)Li-S電池的快速電子轉(zhuǎn)移和氧化還原反應(yīng)

如何設(shè)計(jì)配置合理的催化劑體系，以減輕多硫化物（LiPSs）在鋰硫電池中的穿梭效應(yīng)并增強(qiáng)其轉(zhuǎn)化動力學(xué)，仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

圖1. 材料合成及表征

大連理工大學(xué)賀高紅、李祥村等通過離子遷移捕獲過程構(gòu)建了一種新型Cu-CeO_2-x異質(zhì)界面，以解決上述問題。具體而言，這項(xiàng)工作通過靜電紡絲和分級碳化方法構(gòu)建了負(fù)載Cu-CeO_2-x異質(zhì)結(jié)構(gòu)的碳納米纖維膜（Cu-CeO_2-x@CNF），并將其用作Li-S電池正極和隔膜之間的夾層。

研究顯示，CNF中的連續(xù)碳骨架不僅具有高導(dǎo)電性，還能提供足夠的孔隙以適應(yīng)固態(tài)硫基底的體積膨脹。另外，與傳統(tǒng)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，Cu和CeO₂之間的相互作用通過阻礙CeO₂的團(tuán)聚而增加了異質(zhì)界面（Cu-CeO_2-x）的面積，同時促進(jìn)了Cu在CeO₂表面的分散。

這種相互作用還能增加界面上氧空位的含量，從而有利于Li-S電池的催化轉(zhuǎn)化。更重要的是，氧空位含量的增加還改變了Cu-CeO_2-x的能帶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致原子間發(fā)生軌道雜化，越過費(fèi)米能級，帶隙消失。這一特性降低了催化過程的反應(yīng)能壘，加速了Li-S電池的轉(zhuǎn)化，并抑制了穿梭效應(yīng)。

圖2.?對LiPSs的催化

最終，Cu-CeO_2-x可以加速LiPSs的催化轉(zhuǎn)化和Li₂S的分解，因此，在電流密度為2 C的條件下，Li-S電池經(jīng)過800次循環(huán)后可達(dá)到626 mA h g^-1的優(yōu)異性能，每次循環(huán)的衰減率僅為0.046%?？傮w而言，這項(xiàng)研究揭示了異質(zhì)界面氧空位和帶隙消失的形成機(jī)理，為合理設(shè)計(jì)各種異質(zhì)結(jié)構(gòu)的Li-S電池材料開辟了新的前景。

圖3.?Li-S電池性能

Eliminating Bandgap Between Cu-CeO2-x Heterointerface Enabling Fast Electron Transfer and Redox Reaction in Li-S Batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102983

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/01/2e8e2d5686/

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