(圖片來源:DICP官網(wǎng))
據(jù)外媒報道,中國研究團隊開發(fā)出由Fe1-xS修飾的介孔碳球納米反應(yīng)器,可用于鋰硫
電池的正極。該團隊由中國科學院大連化學物理研究所的劉健教授和吳忠?guī)浗淌陬I(lǐng)導。Fe1−xS‐NC具有高比表面積(627 m2/ g),大孔容(0.41 cm3/ g),增強對鋰多硫化物的吸附和電催化過渡。該材料具有良好的多硫化物催化活性和循環(huán)穩(wěn)定性。
鋰硫電池的理論能量密度高達2600 Wh/kg,理論比容量為1675 mAh/g。然而,在充放電過程中,由于硫的轉(zhuǎn)換反應(yīng)動力學過程較慢,導致硫利用率低,多硫化物穿梭效應(yīng)嚴重,使鋰硫電池容量低,穩(wěn)定性差。為了在高載硫狀態(tài)下,高效穩(wěn)定地催化轉(zhuǎn)化多硫化物,提升鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性,需要一種新的電催化體系。
在本項研究中,研究人員設(shè)計了一種由高分散Fe1-xS電催化劑納米顆粒(Fe1-xS-NC)修飾的納米反應(yīng)器,并將這種介孔碳材料應(yīng)用于鋰硫電池正極,構(gòu)建具有高催化活性和高載硫的正極材料。該材料具有低質(zhì)量密度、高孔隙率、電催化劑高度分散等特點,顯著提高了對多硫化物的吸附和催化轉(zhuǎn)化能力。Fe1-xS-NC的初始容量為1070 mAh/。研究人員發(fā)現(xiàn),在電流密度為0.5 C的情況下,經(jīng)過200次循環(huán),幾乎沒有容量衰減。
研究人員表示:“Fe1−xS納米粒子具有很高的電催化活性,加上它的電子導電性和可達性高,可以有效地吸附LiPs,并將其轉(zhuǎn)化為Li2S。電催化劑在具有大介孔孔洞的分級多孔碳球中分布良好,能夠適應(yīng)高載硫量,調(diào)節(jié)充放電循環(huán)中的體積變化,增強電解質(zhì)向活性位點的傳質(zhì)。因此,利用這種材料打造的高性能正極,不僅具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和高導電率,而且可能在載硫量高達8.14mg/cm2的情況下,保持良好的循環(huán)性能。
這些研究成果可為構(gòu)建更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ),比如空心結(jié)構(gòu)、摻有金屬硫化物的中空核殼或多殼粒子。通過分子級設(shè)計,提高鋰化硫電池在長期循環(huán)穩(wěn)定性和高載硫方面的性能。利用分子級設(shè)計,并選擇合適的前體和合成方法,有望在碳載體內(nèi)合成高度分散的金屬氮化物、氧化物、磷化物或鹵化物。”
(責任編輯:子蕊)
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