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?上硅所ACS Nano：廢棄生物質(zhì)衍生材料用于高性能鋰-硫電池

鋰硫（Li-S）電池因其高能量密度和使用資源豐富、成本低廉的硫而成為研究熱點(diǎn)。然而，Li-S電池的商業(yè)化進(jìn)程受到了多硫化物轉(zhuǎn)換反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢和“穿梭效應(yīng)”等問(wèn)題的嚴(yán)重阻礙。這些問(wèn)題導(dǎo)致了電池的快速容量衰減和低充放電效率，限制了其在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)。

在此，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所李馳麟團(tuán)隊(duì)基于雙金屬單原子系統(tǒng)的中繼型協(xié)同作用，以實(shí)現(xiàn)高倍率和長(zhǎng)壽命的Li-S電池。作者利用廢棄蠶絲織物衍生的多孔N摻雜碳作為宿主材料，并通過(guò)簡(jiǎn)便的離子熱法在其上均勻錨定了Fe/Co雙金屬單原子，制備了一種新型的多功能宿主材料（DSA-SilkC）。

與傳統(tǒng)的單金屬單原子催化劑相比，DSA-SilkC中的Fe和Co雙金屬單原子顯示出顯著的協(xié)同效應(yīng)，能有效促進(jìn)多硫化物的轉(zhuǎn)換反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。特別是在長(zhǎng)鏈多硫化物向Li₂S₄的還原過(guò)程中，Co單原子起到了關(guān)鍵作用；而在隨后的Li₂S₄向Li₂S的液固轉(zhuǎn)換過(guò)程中，F(xiàn)e單原子則發(fā)揮了加速作用?；诖耍撾姵卦?.1 C的低倍率下展現(xiàn)出了1399.0 mA h g^?1的高比容量，在10 C的高倍率下仍能保持538.6 mA h g^?1的放電容量，并在2 C的高倍率下經(jīng)過(guò)1000個(gè)循環(huán)后，容量衰減率僅為0.048%每循環(huán)。

圖1. DSA-SilkC制備示意圖

總之，該工作不僅為L(zhǎng)i-S電池的性能提升提供了一種新策略，而且通過(guò)使用廢棄生物質(zhì)衍生的碳材料，展示了一種環(huán)保且可持續(xù)的能源存儲(chǔ)解決方案?；贒SA-SilkC的Li-S電池在高硫載量和貧電解液條件下的優(yōu)異性能，證明了其在推動(dòng)Li-S電池商業(yè)化進(jìn)程中的潛在價(jià)值。因此，該項(xiàng)工作為高能量密度和長(zhǎng)壽命鋰硫電池的設(shè)計(jì)提供了重要的指導(dǎo)和啟示，有望在未來(lái)的能源存儲(chǔ)領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。

圖2. 電池性能

Relay-Type Catalysis by a Dual-Metal Single-Atom System in a Waste Biomass Derivative Host for High-Rate and Durable Li–S Batteries, ACS Nano 2024 DOI: 10.1021/acsnano.3c09919

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