三站式集成的反氧活性金属有机可以实现补充加速机制,大大提高硫反氧动力学
Yingbo Xiao1,2,3, Haibin Lu1, Yuan Ouyang1,4
1Guangzhou Key Laboratory of Low-Dimensional Materials and Energy Storage Devices, School of Materials and Energy, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China.
研究人员开发了一种三位一体化金属有机 (TSI-MOC),以克服聚硫化物穿效应和硫电池 (LSB) 的缓慢动力学. 这一进步显著提高了LSB的性能和稳定性.
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
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 硫电池 (LSB) 面临的挑战包括聚硫化物 (LiPS) 的穿效应和缓慢的硫氧化还原反应 (SRR) 动力学,限制了它们的实际应用.
- 现有的战略往往针对个别问题,需要一个更综合的方法,以全面提高绩效.
研究的目的:
- 设计和合成一种新的三位一体一体金属有机 (TSI-MOC),以协同抑制穿效应并促进LSB中的SRR动力学.
- 在MOC结构中研究集成的-SH, -NH2和Zr站点的多功能作用,以改善LiPS管理和催化活动.
主要方法:
- 通过将 -SH, -NH2 和 Zr 功能单元集成到金属有机框架中来制造一个 TSI-MOC.
- 使用TSI-MOC作为硫宿主的LSB的电化学表征,包括循环性能,速率能力和长期稳定性测试.
- 与单站点 (S-MOC) 和双站点集成的MOC (DSI-MOC) 进行比较分析,以评估协同效应.
主要成果:
- 与S-MOC和DSI-MOC相比,TSI-MOC有效地抑制了穿效应并加速了SRR动力学,导致放电容量显著提高 (949.7 mAh g-1在1°C).
- 带有 TSI-MOC 的 LSB 显示出显著的容量保留率 (0.018% 在 1 C 的衰变率) 和在高硫负载 (9.1 mg cm-2) 下实现高面积容量 (9.08 mAh cm-2).
- 证明了高能量密度为307Wh kg-1的Li-S袋式电池的稳定运行,展示了TSI-MOC方法的实际可行性.
结论:
- 在MOC中整合多个功能部位对于增强LSB中宿主材料和氧化还原活性中间体之间的化学相互作用至关重要.
- 该TSI-MOC展示了设计先进主体材料的有希望的策略,为高性能和稳定的硫电池铺平了道路.
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