嵌入CNT的@碳球使得多硫化物的协同限制成为可能:用于构建含硫量高的硫阴极的简单方法
Yinyu Xiang1, Feng Yan2, Zelin Zhao3
1School of Chemistry, Chemical Engineering and Life Sciences, Wuhan University of Technology, 430070 Wuhan, P.R. China; Advanced Production Engineering, Engineering and Technology institute Groningen, University of Groningen, 9747AG Groningen, the Netherlands.
研究人员开发了嵌入CNT (Co-C-CNTs) 的/碳球体,以改进硫电池. 这种新的正极材料有效地抑制了聚硫化物穿,并提高了硫的利用,以更好地储存能量.
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,但面临着诸如多硫化物运输和低硫含量等挑战.
- 由于硫阴极的这些局限性,Li-S电池的商业可行性受到阻碍.
研究的目的:
- 设计和合成一个多功能主体材料 (Co-C-CNTs),以克服Li-S电池中硫阴极的缺点.
- 为了提高Li-S电池阴极的电化学性能和稳定性.
主要方法:
- 嵌入式CNT (Co-C-CNTs) 的/碳球的合成,采用Co(OH) 2模板的热解,然后进行蚀刻.
- 主体材料的层次性多孔结构和表面积的表征.
- 在各种电流密度下,对包含Co-C-CNTs主体的硫阴极进行电化学测试.
- 密度函数理论 (DFT) 模拟来研究聚硫化物和纳米粒子之间的相互作用.
主要成果:
- 同-C-CNTs宿主表现出具有高表面积的层次性多孔结构,有效缓冲体积变化并限制聚硫化物.
- 部分剩余的金属纳米颗粒促进了聚硫化物的化学吸附和转化.
- 含有80%重量%硫的硫阴极 (S@Co-C-CNTs) 在0.1°C时达到1568mAhg-1的高初始容量,活性物质利用率为93.6%.
- 观察到优异的速率性能,在2°C下容量为649 mAh g−1.
结论:
- 合理设计的Co-C-CNTs多功能主机有效地解决了Li-S电池中的聚硫化物转运和低硫含量问题.
- 孔隙结构和金属纳米颗粒的协同效应导致了优越的电化学性能.
- 这项研究提供了一种可行的策略,用于优化金属硫电池中的阴极,用于先进的储能应用.
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