锂硫电池的结构催化,导电界面构筑

2020-09-03 09:02 ryder

锂硫电池(li-s)具有比传统锂离子电池更高的理论能量密度(2500wh/kg),有望成为储能应用(包括大型智能电网、电动汽车和移动电子设备)最有前景的候选系统之一。近年来,为了实现锂硫电池的商业化,人们提出了多种策略,如开发新型阴极复合材料、中间层或隔膜装饰、多功能粘合剂和电解液添加剂等。极性主体材料的引入可以进一步增强多硫化锂的化学吸附,从而提高电池的循环稳定性。然而,非碳极性主体固有的低导电性往往导致硫的低利用率,特别是在高负荷下硫分布不均匀的情况下。因此,有必要探索一种更具导电性的极性寄主材料及其与碳骨架的充分接触。
 
 
近日,中科院上海硅酸盐研究所研究员李麒麟、中科院宁波材料技术与工程研究所研究员杨明辉,共同设计了具有催化剂碳催化剂“三明治”结构和紧凑的二维催化导电界面的硫宿主材料,实现了锂硫电池的高稳定性。相关成果发表在国际学术期刊Angewandte Chemie(2020doi.org/10号文件. 1002/阿尼。202004048年)。
 
 
金属氮化物的d-轨道相互重叠,其导电性与金属相当。它们是锂多硫化物吸附的理想极性材料,能促进电荷转移和电位电催化。但是,碳骨架中金属氮化物的复合方式是有限的,通常只有纳米颗粒氮化物与碳骨架之间的点对点或点对面接触,接触面积有限,电荷转移能力有限,因此,在极性寄主粒子(或位点)和碳骨架之间建立一个具有足够接触的连续界面(面对面接触)仍然是一个挑战。此外,在松散的硫寄主骨架中,空位和非极位体积空间通常占较大比例。离散的催化剂纳米晶畴与导电基底之间的点接触不能降低这种非催化活性空间的比例,这将阻碍高负载锂硫电池的发展。合理的阳极设计和微观结构组合,可以最大限度地减小空载和非极性电池的体积空间,有望推动紧凑型锂硫电池的发展。在此基础上,研究小组提出了一种具有催化和电子转移功能的具有连续二维催化导电界面的mon-c-mon“三明治”主结构,作为锂硫电池的硫正极主材料。这种三层结构沿厚度方向存在于单个纳米颗粒中,促进了S/li2sx在双面外氮化物极性表面的强保形吸附和高效转化,以及中间碳层的高通量电子转移。这些二维“三明治”结构单元可以进一步自组装成有序的三维织构,进一步加强了导电网络和催化网络的互联。
 
 
即使宿主骨架的比表面积较低(97 m2/g),吸附/催化平面的最大暴露量周一至周五在高s负载(75.7 wt%)和1C(1C=1672ma/g)下,电极仍能稳定循环至少1000次,即使在高4C下,每个循环的容量衰减率也只有0.033%,比容量可保持在515mah/g,当硫含量增加到3.4mg/cm~2时,三层致密硫载体仍表现出良好的导电性,循环500次后,其容量保持在604mah/g。催化和导电功能的协同工作方式保证了S/li2sx的均匀沉积,避免了高速长周期后电极的增厚和失活(电极钝化)。报道的螯合氨化方法为C、mon相的有序分离和表面接触提供了保证,也为制备二维氮化物提供了一种新的合成方法。

   声明: 本站所发布文章,部分图片和内容自于互联网,如有侵权,请联系删除  微信:13544194141
用手机扫描二维码关闭
二维码