通过MnO₂-ZnS p-n异构连接实现聚硫化物的顺"吸附-扩散-转换",用于Li-S电池

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) 电池的商业化受阻于聚硫化物穿和缓慢的氧化还原动力学.
• 异质连接材料提供了一个有希望的策略,通过结合不同的材料特性来应对这些挑战.
• 开发先进的分离器对于提高Li-S电池性能和寿命至关重要.

研究的目的:

• 设计和研究使用MnO2-ZnS p-n异构连接的Li-S电池的功能分离器涂层.
• 利用异构连接接口的自发内置电场 (BIEF) 来增强聚硫化物管理和氧化还原反应.
• 评估带有修改分离器的Li-S电池的电化学性能,包括容量,循环稳定性和面积容量.

主要方法:

• 制造一个MnO2-ZnS p-n异构连接作为电池分离器的涂层.
• 异质连接的特性,包括吸附能力和催化活性.
• 在各种条件下 (例如,不同的C率,高硫负载,稀薄电解质) 用修改过的分离器对Li-S电池进行电化学测试.
• 分析聚硫化物在异质连接界面上的行为和反应机制.

主要成果:

• MnO2-ZnS异构连接涂层有效吸附聚硫化物,并促进其转化.
• 接口上的BIEF促进了电子和聚硫化物迁移,使得"吸附-扩散-转换"机制顺利运行.
• 带有修改的分离器的Li-S电池在0.1C时实现了1511.1mAhg-1的初始容量.
• 观察到异常的循环稳定性,在1000个循环后,在2.0C时,每个循环的低容量衰变率为0.048%.
• 在高硫负载 (9.4 mg cm−2) 和稀疏电解质条件 (5.4 μL mg−1) 下,达到6.0 mAh cm−2的超高面积容量.

结论:

• MnO2-ZnS异质连接分离器涂层是克服Li-S电池关键局限性的高效策略.
• 由BIEF增强的集成吸附和催化功能显著提高了电池性能.
• 这种方法显示出开发高性能,持久的Li-S电池,用于实际储能应用的巨大潜力.