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侴術(shù)雷/Andreu Cabot等AEM: 當(dāng)NbSe2遇到C2N, 超長壽命鋰硫電池誕生了！

多硫化鋰（LiPS）的穿梭效應(yīng)和緩慢的轉(zhuǎn)化動力學(xué)阻礙了鋰硫電池（LSB）的實際應(yīng)用。盡管硒化鈮 (NbSe₂ ) 具有高電位，且在眾多電催化反應(yīng)中引起了廣泛關(guān)注，但尚未被研究作為LSB中的正極主體材料。

在此，西班牙加泰羅尼亞能源研究所Andreu Cabot教授、張超琦博士以及澳大利亞伍倫貢大學(xué)侴術(shù)雷教授、美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Jiaao Wang等人報道提出了一種具有顯著比表面積的原位生長C₂N@NbSe₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)，作為Li-S電池催化劑和LiPS吸收劑。

DFT計算和實驗結(jié)果表明，C₂N@NbSe₂具有合適的電子結(jié)構(gòu)和電荷重排，從而有力地促進了LiPS的電催化轉(zhuǎn)化。此外，C₂N@NbSe₂異質(zhì)結(jié)與LiPS物質(zhì)發(fā)生強烈的相互作用，將其限制在正極上。

圖1. C₂N@NbSe_2?的合成示意圖

因此，基于C₂N@NbSe₂/S的LSBs正極在0.1 C下表現(xiàn)出1545 mAh g^-1的高初始容量。此外，C₂N@NbSe₂正極具有令人印象深刻的循環(huán)穩(wěn)定性，在3 C下進行 2000次循環(huán)后，每個循環(huán)只有0.012%的容量衰減。

即使在5.6 mg cm^-2的硫負載下，也提供了5.65 mAh cm^-2的高面積容量。這些結(jié)果表明C₂N@NbSe₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以作為多功能多硫化物介體化學(xué)吸附LiPS，加速鋰離子擴散，化學(xué)催化LiPS轉(zhuǎn)化，降低Li₂S沉淀/分解的能壘，實現(xiàn)多硫化物的“吸附-擴散-轉(zhuǎn)化”。

圖2. 高硫負載的鋰硫電池的電化學(xué)性能

NbSe₂ Meets C₂N: A 2D-2D Heterostructure Catalysts as Multifunctional Polysulfide Mediator in Ultra-Long-Life Lithium-Sulfur Batteries, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101250

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