从根本上操纵硫电池极性双功能催化剂的电子结构:异质连接设计与兴奋剂工程对比
Huifang Xu1, Qingbin Jiang1, Zheng Shu1
1Joint Key Laboratory of the Ministry of Education, Institute of Applied Physics and Materials Engineering, University of Macau, Avenida da Universidade, Taipa, Macau SAR, China.
Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)
|March 12, 2024
概括
在硫化 (Co$_{0.125}$Zn$_{0.875}$Se) 中的金属离子兴奋剂通过优化催化剂电子结构和聚硫化物转换来提高硫 (Li-S) 电池性能,优于异质结构.
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) 电池面临的挑战是聚硫化物穿效应和缓慢的动力学.
- 异质结构和兴奋剂是改善Li-S电池催化剂的常见策略.
- 需要清楚地了解如何设计极性催化剂电子结构以获得最佳性能.
研究的目的:
- 为了比较研究兴奋剂策略与异质结构对极性催化剂电子结构调制的影响.
- 评估这些策略在催化聚硫化物转化对Li-S电池的有效性.
- 为设计先进的Li-S电池催化剂提供指导.
主要方法:
- 对金属酸兴奋剂 (Co$_{0.125}$Zn$_{0.875}$Se) 与异质结构 (CoSe$_{2}$/ZnSe) 的比较分析.
- 调查电子结构的修改,包括格子应变,活性点暴露,电子积累,电荷载体移动性和频段中心优化.
- 使用开发的催化剂对Li-S细胞进行电化学性能测试.
主要成果:
- Co$_{0.125}$Zn$_{0.875}$Se使用了Co$^{2+}$的兴奋剂,其表现优于CoSe_{2}$/ZnSe异质结构.
- 兴奋剂诱导了晶格应变,增加了活性点,增强了电子积累和电荷载体的移动性.
- 在Co$_{0.125}$Zn$_{0.875}$Se中优化了p-band和d-band中心,从而改善了催化活性.
- 采用Co$_{0.125}$Zn$_{0.875}$Se的Li-S电池实现了高容量 (1261.3 mAhg-1在0.5°C) 和优异的周期稳定性 (0.048%的容量衰减超过1000个周期在2°C).
结论:
- 金属兴奋剂是一种比异质结构更有效的策略,用于调节Li-S电池中极性催化剂的电子结构.
- 由于其优化的电子特性,Se为高性能Li-S电池提供了有前途的催化剂设计.
- 这项研究为定制先进Li-S电池催化剂的催化活性提供了有价值的设计指令.
