硫电池的协同催化剂:Ni单原子和MoC纳米集团复合材料
Chongchong Zhao1,2,3, Yanxia Liu1,4, Feng Huo1,3,4
1Henan Key Laboratory of Energy Storage Materials and Processes, Zhengzhou Institute of Emerging Industrial Technology, Zhengzhou, 450000, China.
Angewandte Chemie (International ed. in English)
|March 6, 2025
概括
一种新的双站点催化剂,Ni-MoC-NC,通过捕获多硫化物和加速氧化还原反应,有效地解决硫电池的挑战. 这一突破提高了电池性能和稳定性,用于实际应用.
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) 电池在实际应用中面临限制,原因是可溶性聚硫化物 (LiPS) 穿和缓慢的硫氧化还原动力学.
- 现有的单位催化剂不足以调解复杂的Li-S转化过程.
- 先进的催化宿主材料对于捕获LiPS和加速Li-S氧化还原反应至关重要.
研究的目的:
- 开发一种新的双站点催化剂Ni-MoC-NC,以克服Li-S电池的局限性.
- 研究单个原子 (Ni-N4) 和碳化物 (MoC) 纳米集群的协同催化效应.
- 为了提高Li-S电池的电化学性能和稳定性.
主要方法:
- 一个双位点催化剂 (Ni-MoC-NC) 的合成,其中包括单个原子在化碳化物 (NC) 和碳化物纳米集群上.
- 实验和理论分析,以了解 LiPS 减少中的 MoC 和 Ni-N4 位点的催化机制.
- 在Li-S电池配置中将Ni-MoC-NC作为分离器涂层和阴极组件.
主要成果:
- MoC网站有效催化长链LiPS的减少,而Ni-N4网站促进短链LiPS的减少,展示了协同效应.
- Ni-MoC-NC@PP分离器有效抑制LiPS的穿,并减轻树的生长.
- 带有 S/Ni-MoC-NC 阴极和 Ni-MoC-NC@PP 分离器的 Li-S 电池具有较高的初始容量 (1624 mAh g−1 在 0.2C 温度下) 和出色的循环稳定性 (590 mAh g−1 在 800 次循环后).
结论:
- 双站式Ni-MoC-NC催化剂显著提高了Li-S电池中的硫利用率和电化学动力学.
- Ni-MoC-NC的协同催化作用和聚硫化物捕获能力是提高电池性能的关键.
- 这种先进的催化剂设计显示出对高性能Li-S电池的实际应用有很大希望.
