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华南师范大学《ACS ANM》:Fe3C分散在掺氮的石墨烯样碳纳米片上,以快速转换Li-S电池中的多
出处:材料分析与应用  录入日期:2020-10-27  点击数:2063

  锂硫(Li–S)电池因其优异的理论比容量而引起了极大的兴趣,而多硫化锂(LPSs)的穿梭效应却极大地阻碍了其应用。本文,华南师范大学化学学院蔡跃鹏教授与洪旭佳特聘研究员(同为通讯作者)团队等在《 ACS Appl. Nano Mater.》期刊发表名为“Iron Carbide Dispersed on Nitrogen-Doped Graphene-like Carbon Nanosheets for Fast Conversion of Polysulfides in Li–S Batteries”的论文,研究制备MOF衍生的Fe3C和掺氮石墨烯样碳纳米片Fe3C/ NG,并将其用于实现稳定的Li–S电池长循环。
  通过将催化和导电的Fe3C纳米颗粒分布在导电的氮掺杂石墨烯样碳纳米片上,Fe3C / NG复合材料可以在高电流密度或高硫负荷下快速吸附和催化LPS,从而实现电池的高倍率性能。即使在6c的电流密度下,Fe3C/NG包覆的Li-S电池在第一次循环时仍能保持954.5mah/g的比容量,500次稳定循环后仍能保持439.9mah/g的比容量。同时,当电池的硫负载量高达6.5mg/cm2时,在0.1c下仍能保持6.0mah/cm2的稳定比容量,这种具有优良催化性能和导电性能的轻质隔膜涂料为寻找高性能锂硫电池的催化涂层提供了一个很好的范例。

 


  图1.(a)合成Fe3C / NG和(b)用作高性能Li-S电池中的隔离涂层的方案

 


  图2.(a)MOF和(d)衍生的Fe 3 C / NG和NG的XRD光谱。(b,c)MOF和(e,f)衍生的Fe 3 C / NG的SEM 。(g)Fe 3 C / NG的EDX映射。Fe 3 C / NG的(h–k)TEM 。

 


  图3.(a)Fe 3 C / NG,NG和SP 对Li 2 S 4的吸附。
  (b)Fe 3 C / NG和Fe 3 C / NG-Li 2 S 4的 Fe 2p XPS光谱。
  (c)具有和不具有Li 2 S 6的对称电池的CV曲线。
  (d)在不同扫描速度下对称电池中Fe 3 C / NG的CV曲线。
  (e)在Fe 3 C / NG,NG和SP的不同材料上进行Li 2 S沉积测试。


  图4.(a)不同电池的CV分别为0.1 mV / s。
  (b)基于不同隔膜的电池在0.5 C下的循环性能。
  (c)比较不同电池的倍率性能。
  (d)Fe 3 C / NG在6 C时延长的循环稳定性
  (e)在0.1 C速率下具有不同高硫负载的Fe 3 C / NG 的循环性能。
  (f)Fe含量为4.0mg / cm 2的Fe 3 C / NG的循环性能。

 


  图5.循环后具有不同隔板的电池的锂阳极照片
  总之,通过将催化和导电的Fe 3 C纳米颗粒分布在导电的氮掺杂石墨烯样碳纳米片上,MOF衍生的Fe 3 C / NG复合材料可以在高电流密度或高硫负荷下快速吸附和催化LPS。从而实现电池的高倍率性能。这种具有优异的催化性和导电性的轻质隔板涂层可以为寻找高性能锂硫电池隔板涂层提供一个很好的案例。
  文献:

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