在降解石墨烯氧化物上支持Fe和Co的单原子分散,用于高性能硫电池
Sajad Rahimi1, Lorenzo Stievano2,3, Laetitia Dubau1
1Univ. Grenoble Alpes, Univ. Savoie Mont Blanc, CNRS, Grenoble INP, LEPMI, 38000 Grenoble, France.
ACS applied materials & interfaces
|September 13, 2023
概括
嵌入添加石墨烯的单个铁或原子提高硫 (LSB) 电池的性能. 这种新型材料显示出高容量和稳定性,解决了LSB储能方面的关键挑战.
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
- 储能 储能 储能 储能 储能 储能
背景情况:
- 硫 (LSB) 电池具有高的理论能量密度和低成本,使其成为下一代储能电池的吸引力.
- 硫的有效可逆转化为硫化 (Li2S) 对LSB的性能至关重要.
- 在LSB技术的挑战包括硫溶解和循环期间的体积膨胀.
研究的目的:
- 开发新的硫宿主材料,以提高硫电池的性能.
- 调查嵌入N-化石墨烯的单原子催化剂 (Fe或Co) 在改善电化学反应中的作用.
- 解决LSB的关键挑战,例如低硫利用率和不良循环稳定性.
主要方法:
- 合成嵌入在N-化降解石墨烯氧化物 (MNC/G) 上的单原子催化剂 (Fe或Co).
- 使用Mössbauer光谱和高分辨率扫描电子显微镜进行表征,以确认原子分散.
- 用优化电解质/硫 (E/S) 比率和高硫负载的LSB电池进行电化学测试.
主要成果:
- 在高质量负载下证实了Fe和Co在N-化石墨烯上的原子分散.
- FeNC/G表现出卓越的循环性能,具有高放电能力和低极化,特别是在低的E/S比率下.
- 在电解质条件下,FeNC/G@S在高硫负载 (9.4 mg cm−2) 下达到7.7 mAh cm−2 的高面积容量 (6 mL g−1).
结论:
- 嵌入在N-化石墨烯上的单原子Fe或Co是高性能LSB的有效宿主材料.
- 拟议的材料显著提高了硫的利用率和电化学稳定性.
- 这项工作为未来的储能应用开发先进的LSB技术提供了一个有前途的战略.
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