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湘潭大学《ACS SCE》:Co/Mn双金属调制氮碳材料在先进锂硫电池中的多硫化物转化率提高
出处:材料分析与应用  录入日期:2023-01-16  点击数:238

  1成果简介

 

  锂硫电池(LSB)由于其较高的理论比容量和能量密度,被认为是最有前途的未来一代可充电电池储能装置之一。然而,LSB的发展在很大程度上受到多硫化锂的穿梭效应和缓慢动力学的影响,这严重阻碍了其商业应用。本文,湘潭大学陈曼芳、王先友教授团队在《ACS Sustainable Chem. Eng.》期刊发表名为“Boosted Polysulfide Conversion by Co, Mn Bimetallic-Modulated Nitrogen–Carbon Material for Advanced Lithium–Sulfur Batteries”的论文,研究提出了一种双金属调控策略,合成了嵌入Co和Mn双金属的碳管,锚定在氮掺杂的碳纳米片上(Co/Mn-GC@N-C)功能分离器,以催化多硫化物转化,提高电化学性能。
  Co/Mn-GC@N-C具有高导电性和大比表面积,可以为锚定多硫化物提供大量的活性位点,刺激其氧化还原反应,加快电极反应动力学的进程。综合测试结果表明,采用Co/Mn-GC@N-C的电池在0.5C时表现出1215mAh g-1的比放电容量,并在300次循环后表现出99.4%的高库仑效率;即使是硫含量高达6.6 mg cm-2的Co/Mn-GC@N-C电池也表现出5mAh cm-2的高面积容量。因此,这种双金属调控策略为设计先进的高性能锂硫电池隔膜材料提供了一种选择。
  2图文导读 

 

  图1:(a)Co/Mn-GC@N-C的合成形式图,(b,c)Co/Mn-GC@N-C的TEM图片,(d-g)Co/Mn-GC@N-C的HRTEM图片,以及(h-j)Co/Mn-GC@N-C的相应线路图和(h)EDS。

 

  图2:(a)Co/Mn-GC@N-C的XRD图案,(b)CNT/S的TGA曲线,(c)Co/Mn-GC@N-C和(e)N-C的N2吸收等温线,以及相应的(d, f)孔径分布。

 

  图3. (a)N-C, (b)Co/Mn-GC@N-C的电阻率,以及相应的电导率(c, d)。

 

  图4. (a) N-C分离器和(b) Co/Mn-GC@N-C分离器的横截面SEM照片。N-C分离器的接触角测试(c),Co/Mn-GC@ N-C分离器(d),(e)Co/Mn-GC@N-C分离器的弹性测试。

 

  图5、 N-C(a)和Co/Mn-GC@N-C(b)的CV曲线,(c)Ip和ν1/2的线性拟合,(d)扩散系数,(e)GITT曲线,(f)Li2S沉积的内阻,(g)Li2S6的吸附实验,(h)对称电池,以及(i)Co/Mn-GC@N-C纽扣电池照亮的LED图片。

 

  图6. (a) Co/Mn-GC@N-C在不同高硫负荷下的循环能力,(b) 性能比较图,(c) Li2S6-Co/Mn-GC@N-C的电荷密度差,(d) Co/Mn-GC@N-C的机制图。
  3小结
  总之,通过双金属调制策略,精心设计了一种高效的催化剂Co/Mn-GC@N-C。与N-C相比,Co/Mn-GC@N-C衍生的碳管具有优良的导电性和较大的比表面积,金属的特殊配位环境提供了丰富的催化活性位点,不仅能有效捕获催化多硫化物的转化,还能加速电子转移,从而使LSB的电化学性能令人满意。这项使用双金属调制的碳氮材料作为催化剂的工作拓宽了高性能LSB的应用前景。
  文献:

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