通过过渡金属/碳纳米复合材料电催化剂工程开发高功率的Li 电池
Huan Li1, Rongwei Meng2, Chao Ye1
1School of Chemical Engineering, The University of Adelaide, Adelaide, South Australia, Australia.
Nature nanotechnology
|February 17, 2024
概括
研究人员确定了硫还原反应 (SRR) 的新动态趋势,以改进硫电池. 这一趋势将聚硫化物度与催化电流相关联,使得用于高功率应用的先进电催化剂的设计成为可能.
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:
- 火山图描述了硫还原反应 (SRR) 中电催化剂的热力学趋势.
- 目前,在高电流速率下SRR的动态趋势缺乏,阻碍了高功率硫电池的发展.
- 了解动力变化对于优化电池性能至关重要.
研究的目的:
- 确定减少硫反应 (SRR) 的动态趋势,将聚硫化物度与动态电流相关联.
- 为设计高功率 Li-ion 和 Li-ion S 电池的高效电催化剂提供准则.
- 阐明轨道占用在SRR动力学的过渡金属催化剂中的作用.
主要方法:
- 利用勒查特利尔的原理来确定SRR的动态趋势.
- 采用同步龙X射线吸附光谱和分子轨道计算来研究催化剂特性.
- 设计和测试了一个纳米复合材料电催化剂 (含CoZn集群的碳材料) 在Li
主要成果:
- 成功建立了一个新的SRR动态趋势,将聚硫化物水平与催化电流联系起来.
- 在过渡金属催化剂中的轨道占用被确定为控制聚硫化物度和预测SRR动力学的关键.
- 设计的CoZn/碳电催化剂使Li RadiationS电池 (5 mg cm−2 S负荷) 在8°C下循环1000个周期,保持约75%的容量.
结论:
- 开发的动力趋势为SRR设计先进的电催化剂提供了一个预测工具.
- CoZn/碳纳米复合材料表现出卓越的性能,实现高特异功率 (26,120 W kg−1) 和能量 (1,306 Wh kg−1).
- 这项工作显著推进了高性能,高功率的LiDaSiS电池的开发.
