富有缺陷的多孔石墨相碳化物层移植MXene作为溶解促进剂,在极其恶劣的条件下进行高效的硫转化
Jinxin Wang1, Yinze Zuo2, Yongzheng Zhang1
1State Key Laboratory of Chemical Engineering, Key Laboratory of Specially Functional Materials and Related Technology (Ministry of Education), East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China.
Journal of colloid and interface science
|June 1, 2024
概括
一种新的碳化物/MXene异构结构通过克服聚硫化物转换障碍来提高硫 (Li-S) 电池的性能. 这一突破使Li-S电池能够在极端条件下有效运行,包括低温和高电流密度.
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) 电池在理论上具有高的能量密度,但其聚硫化物氧化还原动力较慢,限制了其实际应用,特别是在苛刻的条件下.
- 聚硫化的溶解屏障阻碍了有效的离子传输和转换,阻碍了高性能Li-S电池在高电流密度或低温度下运行.
研究的目的:
- 设计和合成一种新的二维 (2D) 孔隙石墨碳化物/MXene (CN-MX) 异构结构.
- 研究这种CN-MX异构在提高Li-S电池的电化学性能方面的潜力,特别是在具有挑战性的操作条件下.
主要方法:
- 采用静电粘附和现场热聚凝结方法制造CN-MX异构结构.
- 对异构结构的缺陷丰富的多孔石墨碳化物和导电性MXene纳米板的表征.
- 纳入CN-MX修改分离器的Li-S电池的电化学测试,以评估速度能力,循环稳定性和在低温和高硫负载下的性能.
主要成果:
- 富含缺陷的CN元件有助于聚硫化物捕获,Li+解离和扩散,而MXene则提供导电性和活性位点.
- 带有CN-MX修改分离器的Li-S电池实现了优异的速率性能 (在4.0°C时为945 mAh/g) 和面积容量 (在0.2°C时为5.5 mAh cm-2).
- 在0°C观察到显著的性能,包括在0.5°C100个循环后91.6%的容量保留,高速率能力 (695 mAh/g在2.0°C),以及优越的高负载性能 (5.1 mAh cm-2在0.1°C).
结论:
- 设计的CN-MX异构结构有效地解决了Li-S电池中缓慢的氧化还原动力学和溶解屏障问题.
- 这种先进的材料使Li-S电池在极端环境中能够稳健运行,包括低温和高电流密度.
- 该研究为开发用于实际储能应用的高性能Li-S电池提供了重要的见解.
