鋰硫電池因其高理論比容量和高能量密度而被認(rèn)為是一種有前景的儲(chǔ)能系統(tǒng)，然而鋰硫電池在商業(yè)化道路上仍面臨許多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，包括多硫化鋰的穿梭效應(yīng)、其絕緣性質(zhì)、充放電過(guò)程中活性材料的體積變化以及緩慢的硫氧化還原動(dòng)力學(xué)。本工作將雙過(guò)渡金屬氧化物TiNb
2O
7(TNO)納米粒子巧妙地沉積在活性炭布(ACC)表面，通過(guò)水熱反應(yīng)和高溫煅燒活化表面，最終形成柔性自支撐結(jié)構(gòu)，作為硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)的有效催化劑。研究發(fā)現(xiàn)，ACC@TNO具有許多催化活性位點(diǎn)，通過(guò)促進(jìn)LiPS轉(zhuǎn)化反應(yīng)的氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，可以抑制LiPS的穿梭效應(yīng)，提高庫(kù)侖效率。因此，ACC @ TNO/硫陰極表現(xiàn)出令人印象深刻的電化學(xué)性能，包括在1℃的高速率下885毫安時(shí)的高初始放電容量，200次循環(huán)后825毫安時(shí)的高放電比容量，突出的容量保持率為93%，以及每循環(huán)0.034%的小衰減率。雖然TNO廣泛應(yīng)用于鋰離子電池和其他可充電電池領(lǐng)域，但它首先作為硫主體材料引入，以促進(jìn)LiPS轉(zhuǎn)化反應(yīng)的氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并提高鋰硫電池的電化學(xué)性能。因此，研究TNO對(duì)鋰硫電池鋰鉛蓄電池化學(xué)吸收和催化轉(zhuǎn)化的協(xié)同效應(yīng)，為進(jìn)一步提高鋰硫電池的綜合電化學(xué)性能提供了一個(gè)很好的策略。
圖1. (a) ACC@TNO/S制備過(guò)程原理圖； (b)具有互連結(jié)構(gòu)的ACC@TNO的SEM圖像； (c) ACC、(d)CC@TNO和(e)ACC@TNO的SEM 圖像；(f)樹(shù)干上苔蘚的照片；(g)ACC@TNO的高倍SEM圖像；(h) ACC@TNO/S的圖片：折疊、扭曲、滾動(dòng)和舒展。
圖 2. (a) ACC和ACC@TNO 復(fù)合材料的XRD譜圖和 (b) ACC@TNO、(c) Ti 2p、(d) O 1s、(e)C 1s和(f)Nb的精細(xì) XPS 3d光譜。
圖3。(a)ACC @ TNO/Li
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6和ACC/Li
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6的紫外-可見(jiàn)吸收光譜(圖示顯示了吸附現(xiàn)象的比較)，(b)ACC @ TNO-Li
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6的S2p的高分辨率XPS光譜，(c)ACC @ TNO吸收Li
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6溶液前后的Ti 2p和(d) Nb 3d的XPS測(cè)量光譜，(e)ACC/S和ACC@TNO/S的XRD圖像，以及(f)ACC/S和ACC@TNO/S的TGA曲線。
圖 4.(a)ACC/S、(b)ACC@TNO/S、(c) ACC/S和ACC@TNO/S在0.2 mV s
−1時(shí)的CV曲線；(d) ACC/S和ACC@TNO/S在0.2 C時(shí)的第一次充放電曲線；(e)ACC@TNO/S 和 ACC/S 的 EIS 曲線；(f)ACC和ACC@TNO對(duì)稱電池的CV曲線。
圖5. (a) ACC/S和(b) ACC@TNO/S不同掃描比下的CV曲線以及(c) ACC/S和(d) ACC@TNO/S的峰值電池電流線性圖。
圖 6. (a) ACC/S和(b)ACC@TNO/S不同倍率下的GCD曲線以及 (c) ACC/S 和(d) ACC@TNO/S 在不同循環(huán)下的典型充放電曲線。(e) 合成材料的倍率性能，正極在(f) 0.2 C 和 (g) 1 C 下的循環(huán)性能，以及(h)ACC@TNO/S 在0.2 C下的面積容量。
相關(guān)科研成果由湘潭大學(xué)Manfang Chen和Xianyou Wang等人于2021年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（https://doi.org/10.1021/acsami.1c21373）上。原文：Engineering a TiNb
2O
7-Based Electrocatalyst on a Flexible Self-Supporting Sulfur Cathode for Promoting Li-S Battery Performance。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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