用于高性能水性硫电池,将基催化剂集成到分层排序的大小微孔碳阴极中
Liangzhen Liu1, Mian Zahid Hussain1, Da Lei1
1Chair of Inorganic and Metal-Organic Chemistry, Catalysis Research Center, Department of Chemistry, School of Natural Sciences, Technical University of Munich, 85748, Garching, Germany.
Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)
|August 22, 2025
概括
这项研究介绍了一种新型多孔碳阴极,用于水性Zn-S电池的Co3ZnC/Co催化剂. 这种材料提高了硫的利用率和循环稳定性,实现了高排放能力和最小的衰变.
科学领域:
- 材料科学
- 电化学
- 纳米技术
背景情况:
- 开发高性能阴极材料对于水性硫电池 (Zn-S) 的发展至关重要.
- 聚硫化物的穿效应和缓慢的反应动力学阻碍了Zn-S电池的实际应用.
研究的目的:
- 为水性Zn-S电池合成与Co3ZnC/Co催化剂集成的有序的宏微多孔碳阴极材料 (OM-PC).
- 研究层次性的多孔结构和催化剂对电池性能的影响.
主要方法:
- 在聚烯单体中使用模板式现场生长方法对OM-PC进行溶解合成.
- 纳入由Co-doped ZIF-8框架衍生而来的Co3ZnC/Co催化剂.
- 使用S@Co3ZnC/Co/OM-PC阴极的水性Zn-S电池的制造和电化学测试.
主要成果:
- OM-PC的分层3D架构促进了Zn2+扩散并增强了反应动力学.
- Co3ZnC/Co 催化剂有效地捕获聚硫化物并加速它们的氧化还原转化,减轻穿效应.
- 该S@Co3ZnC/Co/OM-PC阴极提供了高排放能力的~1685mAhg-1 (包括~115mAhg-1从I3-/I-氧化还原对) 低极化.
- 电池在400个循环中表现出最小的容量衰减 (每周期约0.027%) 并保持良好的速率性能 (在3Ag-1下约1035mAhg-1).
结论:
- 开发的阴极材料对水性Zn-S电池具有出色的电化学性能.
- 层次性多孔性和Co3ZnC/Co催化剂的组合为高硫利用和长周期稳定性的电池提供了有前途的策略.
- 这项研究揭示了一种多步骤的聚硫化物转化途径,避免了缓慢的固体转化,提高了电池的整体效率.


