添加TiO_2-x(B) /MXene异构结构用于加速硫逆氧动力学和抑制树突

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) 电池在理论上具有很高的能量密度,但在实践中存在一些局限性.
• 关键的挑战包括聚硫化物 (LiPSs) 穿,缓慢反应动力学和树形成.
• 这些问题阻碍了Li-S电池技术的商业可行性.

研究的目的:

• 为先进的Li-S电池设计和合成一个多功能中间层.
• 为了解决LiPSs的穿,增强硫氧化还原动力学,并抑制树的生长.
• 在苛刻的条件下提高Li-S电池的循环稳定性和能量密度.

主要方法:

• 在MXene层上制造化铜相TiO2 (N-TiO2(B)) 纳米薄膜,在MXene层上有氧空隙 (OV).
• 描述N-TiO2-x(B) -MXenes介层的电子特性 (带隙减少到1.10 eV).
• 用N-TiO2-x(B) -MXenes中间层对Li-S细胞进行电化学测试,包括循环性能,面积容量和Li-金属对称细胞测试.

主要成果:

• 该N-TiO2-x(B) -MXenes中间层在吸附,转化,核化和分解LiPS方面表现出高效率.
• 由于中间层的特性,观察到增强的硫氧化还原动力学和抑制的树突成长.
• -S电池在600个循环中达到690.7 mAh g-1的特定容量,硫载荷为2.5 mg cm-2.
• 在高硫负载 (7.2 mg cm-2) 和低E/S比率 (6.4 μL mg-1) 下,可观的6.15 mAh cm-2面积容量维持了50个周期.
• 对称电池在1000小时的循环中显示出较低的超电位波动 (21.0mV).

结论:

• 设计的N-TiO2-x(B) -MXenes中间层有效地减轻了主要的Li-S电池限制.
• 间层中的缺陷和异构工程是高能Li-S电池的一个有希望的策略.
• 这项工作为开发下一代储能解决方案提供了宝贵的见解.