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陳澤祥/王艷EnSM：異質結構硫主體協(xié)同促進鋰硫電池多硫化物吸附和轉化

主要由不良的“穿梭效應”和遲緩的氧化還原動力學引起的顯著容量劣化和循環(huán)壽命不足阻礙了實用鋰硫（Li-S）電池技術的發(fā)展，用多硫化鋰（LiPS）吸附和電催化主體材料改性硫正極是解決這些問題的有前途的方法。

為解決上述問題，電子科技大學陳澤祥教授、王艷副教授等人原位合成了異質結構Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO。結合NiS和NiO的多種優(yōu)點，制備的Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO被用作高效的電催化硫主體，可多維度提升Li-S電池的電化學性能。研究表明，Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO的內腔保證有足夠的空間容納硫和體積變化，獨特的半開放納米結構為Li₂S的成核提供了一個入口，從而保證活性物質和暴露的催化位點之間完全接觸。

在充放電過程中，基于Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO的硫正極表現出較低的電化學電阻和提高的鋰離子電導率。由于Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO與LiPSs之間的高親和力，活性物質的穿梭得到顯著緩解。此外，通過將異質結構工程與元素摻雜相結合調整了異質結構的電子結構，因此Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO異質結構具有豐富的催化異質界面，并表現出促進硫和Li₂S雙向轉化的電催化活性。

圖1. 異質結構的構建及其對催化LiPS轉化和抑制穿梭效應的協(xié)同作用

因此，以Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO為硫主體時，Li-S電池的穿梭效應得到有效抑制且活性物質利用率提高。電化學測試表明，該電池實現了卓越的電化學性能，包括令人印象深刻的1424.8 mAh g^-1初始放電容量和在1 C（1672 mA g^-1）下接近1056.7 mAh g^-1的可持續(xù)容量。即使在6.3 mg cm^-2的高硫負載和6 μL mg^-1的低E/S比條件下，經過1000次循環(huán)后電池仍保持958.2 mAh g^-1的最終容量，在所有循環(huán)中平均庫侖效率為98.8%。

此外，基于Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO組裝的軟包Li-S電池在0.1 C下的初始放電容量為863.8 mAh g^-1，100次循環(huán)后的可逆容量為753.7 mAh g^-1?？傊?，這些研究結果共同證明了引入異質結構Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO作為硫主體的實際優(yōu)勢，并為制造高性能Li-S電池提供了可行的方法。

圖2. 基于該異質結構硫主體的Li-S電池性能

A hollow Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO heterostructure that synergistically facilitates lithium polysulfide adsorption and conversion for lithium-sulfur batteries, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.07.001

原創(chuàng)文章，作者：v-suan，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/08/73e421be2b/

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