硫电池的高效主体材料:黑色碳复合材料中的超细COP纳米粒子
Kai Chen1, Zihao Lin2, Guodong Zhang1
1Department of Physics, Research Institute for Biomimetics and Soft Matter, Fujian Provincial Key Laboratory for Soft Functional Materials, Xiamen University, Xiamen, 361005, China.
ChemSusChem
|March 5, 2024
概括
开发先进的硫电池需要克服缓慢的硫氧化还原动力学. 这项研究引入了一种新的黑宿主材料,含有无形碳和化纳米粒子,显著提高了电池的性能和稳定性.
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 (Li-S) 电池具有高的理论能量密度,但受到硫种缓慢的氧化还原动力学的阻碍.
- 可溶性多硫化物 (LiPSs) 的穿效应导致容量衰减和循环寿命差.
- 有效的宿主材料对于抑制LiPSs的穿和促进Li-S电池的实际应用至关重要.
研究的目的:
- 开发一种用于Li-S电池的新型宿主材料,可以增强LiPSs穿的抑制,并提高电化学性能.
- 为了研究无形碳,超细CoP纳米粒子和2D黑 (BP) 在Li-S电池阴极中的协同效应.
- 建立一个有前途的方法,以使用基于黑的材料开发高效的Li-S电池.
主要方法:
- 采用一阶段的现场碳化/化方法,在二维黑 (BP) 上合成装有超细CoP纳米粒子的无形碳层.
- 合成的S@BP@C-CoP材料被用作Li-S电池的电极.
- 评估了电化学性能,包括循环稳定性和速率能力.
主要成果:
- S@BP@C-CoP电极表现出极好的循环稳定性,容量衰减最小 (0.054%在1C的500个循环中).
- 实现了优越的速率性能,其容量为607.1 mAh g-1在5 C.
- 在0.1°C的50个循环后,在高硫负载 (5.5毫克/厘米/厘米) 的情况下,保持了高可逆面积容量5.45 mAh/厘米/厘米2.
结论:
- 开发的无形碳层与超细的CoP纳米颗粒有效地抑制了LiPSs在BP上的穿效应.
- 碳涂层,CoP纳米粒子和BP的协同组合提供了加速的电子/离子传输和增强的催化活性.
- 这项研究为设计使用黑基复合材料的高性能Li-S电池提供了一个有希望的策略.
