基/石墨烯指导高性能硫电池来源于有利的表面被动化
Yanjuan Li1, Zhanzhan Wang1, HongFei Gu1
1Jiangsu Key Laboratory of Green Synthetic Chemistry for Functional Materials, School of Chemistry & Materials Science, Jiangsu Normal University, Xuzhou, 221116, People's Republic of China.
ACS nano
|February 28, 2024
概括
用氧化物层被动化的玻化物 (NbB2) 催化剂有效地抑制了硫 (Li-S) 电池中的多硫化物穿. 这一突破提高了Li-S电池的性能和稳定性,为先进的储能解决方案铺平了道路.
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) 电池需要高效的催化剂来处理多硫化物中间体并提高性能.
- 金属间玻化物 (NbB2) 作为催化剂具有前景,但其在Li-S系统中的催化机制尚不清楚.
- 缺乏机械的理解,阻碍了有效的NbB2基催化剂的合理设计为Li-S电池.
研究的目的:
- 合理设计使用化 (NbB2) 的Li-S电池的功能分离器.
- 用实验和计算方法阐明NbB2在多硫化物 (LiPSs) 上的催化机制.
- 为了证明使用设计的NbB2修改分离器的Li-S电池的增强性能.
主要方法:
- 制造一个NbB2/减少氧化石墨烯改性聚烯分离器 (NbB2/rGO/PP).
- 使用多视角表征,初始分子动力学 (AIMD) 和密度功能理论 (DFT) 进行深入的催化机制研究.
- 在各种条件下,使用功能分离器的Li-S电池的电化学性能评估,包括高硫负载和低电解质比率.
主要成果:
- 活性催化物被确定为NbB2 (O2-NbB2) 上通过B-O-Li和Nb-O-Li键形成的氧化层,而不是原始的NbB2表面.
- 在O2-NbB2表面上,Li2S的分解屏障显著降低 (从3.390 eV降至0.85-0.93 eV),促进了更快的Li+扩散.
- NbB2 / rGO / PP 分离器能够实现高放电容量 (873 mAh g-1 在 100 个循环后 1C) 并保持在高硫负载 (7.06 mg cm-2) 时的性能,电解质/硫比较低 (8 μL mg-1s).
结论:
- NbB2的被动化氧化物表面是LiPS的真正催化剂,显著降低Li2S分解障碍,增强Li+的移动性.
- 合理设计的NbB2/rGO/PP功能分离器在Li-S电池中表现出优越的电化学性能和稳定性.
- 这项研究为催化机制提供了关键的见解,为开发先进Li-S电池的耐毒电催化剂提供了有希望的战略.
