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西交柳永寧/劉艷Small:基于氮/氧雙摻雜蜂窩碳的高效硫主體

西交柳永寧/劉艷Small:基于氮/氧雙摻雜蜂窩碳的高效硫主體
鋰硫(Li-S)電池的高能量密度和長循環(huán)壽命受到穿梭/膨脹效應的影響。足夠的硫儲存空間、多硫化物的局部固定和出色的導電性對于穩(wěn)健的正極主體至關(guān)重要。
西安交通大學柳永寧、劉艷等提出了一種改進的模板方法來合成高度規(guī)則和均勻的氮/氧雙摻雜蜂窩狀碳作為硫主體(N/O-HC-S)。
西交柳永寧/劉艷Small:基于氮/氧雙摻雜蜂窩碳的高效硫主體
圖1 材料制備及表征
N/O-HC雜化材料獨特的蜂窩狀中空結(jié)構(gòu)可以為高負載硫提供大空間,并適應鋰化過程中硫的體積變化。此外,由于氮/氧雙摻雜碳的高導電性,多硫化物可以直接還原和利用,而不需要解吸和擴散到電化學活性表面。氮/氧-碳對多硫化物中間體的這種獨特化學吸附能力歸因于受相鄰氮/氧摻雜劑影響的碳原子的自旋密度和電荷分布。
此外,高度規(guī)則的蜂窩結(jié)構(gòu)可以確保電解液的充分滲透,從而使電極能夠以低E/S比進行充電和放電。
西交柳永寧/劉艷Small:基于氮/氧雙摻雜蜂窩碳的高效硫主體
圖2 動力學研究
得益于上述優(yōu)勢,N/O-HC900復合正極表現(xiàn)出1549 mAh g-1(0.05 C時)的高初始放電容量、0.2 C下100次循環(huán)后97.2%的高容量保持率,0.5 C下500次循環(huán)中每循環(huán)0.055%的低容量衰減和3 C下958 mAh g-1的出色倍率性能。即使在高硫負載量(7.4 mg cm-2)下,該正極在0.2 C時仍表現(xiàn)出7.35 mAh cm-2的高初始面容量。
總體而言,該正極優(yōu)于大多數(shù)報道的通過其他模板方法制備的硫主體材料。這種為多硫化物提供協(xié)同化學吸附、高鋰離子通量和催化轉(zhuǎn)化的結(jié)構(gòu)可以為構(gòu)建多硫化物限制結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)穩(wěn)健的Li-S電池提供新的策略。
西交柳永寧/劉艷Small:基于氮/氧雙摻雜蜂窩碳的高效硫主體
圖3 Li-S電池性能
A Highly Efficient Sulfur Host Enabled by Nitrogen/Oxygen Dual-Doped Honeycomb-Like Carbon for Advanced Lithium–Sulfur Batteries. Small 2022. DOI: 10.1002/smll.202107380

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