驱动长周期Li-S电池的单原子催化剂的电子调制和对称破坏工程
Fanchao Zhang1, Zihuan Tang2, Tengfei Zhang1
1Key Laboratory of Bio-inspired Smart Interfacial Science and Technology of Ministry of Education, School of Chemistry, Beihang University, 100191, Beijing, P. R. China.
Angewandte Chemie (International ed. in English)
|October 29, 2024
概括
开发新的单原子催化剂可以增强硫电池中的硫氧化还原反应. Ni-NSC催化剂显示出高容量和稳定性,提高了电池性能.
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:
- 开发高效且耐用的单原子催化剂对于-硫 (Li-S) 电池中的硫氧化还原反应 (SROR) 是至关重要的.
- 在Li-S电池中实现高性能受到缓慢的SROR动力学和聚硫化物穿的挑战.
研究的目的:
- 设计和合成一个低协调的Ni-N3部分,在N,S-编的多孔碳 (Ni-NSC) 上,作为单原子催化剂.
- 为了增强硫氧化还原反应动力学和提高Li-S电池的电化学性能.
主要方法:
- 通过将Ni单个原子固定在N,S编码的多孔碳上,合成Ni-NSC催化剂.
- 使用Ni-NSC的Li-S电池的电化学表征,包括容量,循环稳定性和速率性能测试.
- 理论计算 (例如,DFT) 来研究Ni单原子活性位点的电子结构和催化机制.
主要成果:
- 由于Ni-N3部分的硫原子调节,Ni-NSC催化剂表现出破坏对称性的电荷转移,促进了多硫化物吸附和氧化还原转化.
- 带有Ni-NSC的Li-S电池表现出高的初始可逆容量,1025 mAh g-1在1C.
- 卓越的循环稳定性,在2C和3C的2400个循环,以及高面积容量 (在0.05C时7.8 mAh cm−2,在0.2C时100个循环后4.7 mAh cm−2,在5.88 mg cm−2的硫负载下4.7 mAh cm−2).
结论:
- Ni-NSC催化剂通过优化活性位点的电子密度,有效地促进Li-S电池中的硫氧化还原反应.
- 这项工作为先进的金属硫电池的合理催化剂设计提供了洞察力.
- 开发的催化剂为高性能和耐用的Li-S电池应用提供了一个有希望的策略.
