通过电子溢出效应改善聚硫化物的转换动力学,与V/Co双原子位点在N-doped MXene上
Ronghui Liu1,2, Chao Feng3, Pengfei Wu1
1Zhejiang Key Laboratory of Data-Driven High-Safety Energy Materials and Applications, Advanced Interdisciplinary Science Research Center, Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences, Ningbo, Zhejiang, 315201, China.
在N-化MXene中的-二原子位点可以提高室温-硫电池的性能. 这项创新提高了反应动力学和稳定性,实现了先进的能量存储的高容量和长周期寿命.
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:
- 室温硫 (RT/Na-S) 电池具有较高的理论容量,但受硫的绝缘性和缓慢的氧化还原动力学影响.
- 挑战包括Na-S化学中困难的液体-固体和固体-固体转换步骤.
研究的目的:
- 解决RT/Na-S电池的动力限制并提高其性能.
- 引入并研究-二原子位点在添加MXene宿主中的有效性.
主要方法:
- 富含空隙的N-化MXene (N-MXene) 的合成,具有植入的- (VCo) 二原子位点.
- 实验性表征和密度函数理论 (DFT) 计算来分析VCo二原子位结构和电子相互作用.
- 使用VCo二原子位点/N-MXene阴极的RT/Na-S电池的电化学测试.
主要成果:
- 优化的VCo二原子位点/N-MXene提供了高平均容量1255.3 mAhg-1在0.1°C.
- 实现了特殊的循环稳定性,在1°C下1500个循环中,每个循环的容量衰减仅为≈0.001%,在1°C下1500个循环中.
- DFT的计算表明,VCo二原子位点显著降低了聚硫化物转换的能量障碍,特别是固体-固体阶段 (0.53 eV对比于单个原子的1.17/0.96 eV).
结论:
- 通过电子溢出效应,VCo二原子位有效增强反应动力学,并促进RT/Na-S电池中的电子运输.
- 优化的阴极材料表现出优越的容量和寿命,突出了精确设计的二原子位点对先进电池化学的潜力.
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