在硫电池中加速的多步硫氧化还原反应是由基于金属有机框架的催化剂的双重缺陷所启动的

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 催化剂是一种催化剂.

背景情况:

• 硫 (Li-S) 电池面临着缓慢的硫氧化还原动力学和多硫化物 (LiPS) 的穿效应带来的挑战.
• 现有的具有单个活性位点的催化剂难以有效地加速多步LiPS转换.
• 协同催化提供了一种有希望的方法,通过解决这些局限性来提高Li-S电池的性能.

研究的目的:

• 开发一种新的双缺陷金属有机框架 (MOF) 催化剂,用于LiPS转换的协同催化.
• 调查缺失链接器和缺失集群缺陷在加速逐步LiPSs反应中的不同作用.
• 为了证明使用开发的双缺陷MOF催化剂的Li-S电池的增强性能.

主要方法:

• 合成了一种新型的双缺陷MOF催化剂,其中包括缺失的链接器和缺失的集群缺陷.
• 用开发的催化剂进行电化学测试,以评估Li-S电池的性能.
• 第一原理密度函数理论 (DFT) 计算以阐明催化机制和缺陷作用.

主要成果:

• 双缺陷MOF证明了协同催化作用,加速了多个LiPS转换步骤.
• 缺少的链接器缺陷有选择地促进了S₈ →Li₂ S₄转换,而缺少的集群缺陷催化了Li₂ S₄ →Li₂ S转换.
• 在100个循环后,Li-S电池在0.2°C下表现出1087mAhg-1的容量,E/S比为8.9mLg-1;在高硫负载 (12.9mg/cm-2) 下,E/S比为3.9mLg-1的情况下,其面积容量为10.4mAhcm-2.

结论:

• 开发的双缺陷MOF有效地减轻缓慢的硫氧化还原动力学和Li-S电池中的穿效应.
• 通过MOF中明显的缺陷进行协同催化,可以有针对性地加速逐步LiPS转换.
• 新型催化剂设计显著提高了Li-S电池的电化学性能,为实际应用铺平了道路.