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ACS Nano:VTe2@MgO异质结用于锂硫电池宿主助力多硫化锂的催化转化

随着能源与环境问题日益突出,以及电子电动器件的快速发展,传统的储能体系逐渐难以满足人们对高能量密度体系的需求。人类对廉价、清洁的可再生能源需求与日俱增,大力发展环境友好的新能源和高效储能系统迫在眉睫。在此背景下,锂硫电池因其价格低廉、环境友好、高理论比容量(1675 mAh g-1)和高理论能量密度(2600 Wh kg-1)等优点而成为具有潜力的新一代储能体系。然而,目前仍存在一些挑战阻碍其商业化应用,例如:单质硫和最终放电产物硫化锂(Li2S)的低电导率、电化学反应动力学缓慢、多硫化物穿梭严重降低硫的利用率、充放电过程中硫的体积膨胀等,严重影响电池的循环寿命和倍率性能。针对这些问题,开发具有高多硫化锂吸附能力、高效电催化活性的正极材料,是抑制多硫化物穿梭、促进其转化的一种有效方法。


近日,苏州大学能源学院、北京石墨烯研究院孙靖宇教授(点击查看介绍)和刘忠范院士(点击查看介绍)等利用化学气相沉积法(CVD),在商业的MgO粉体上原位生长金属相的碲化钒(VTe2),成功实现一步合成VTe2@MgO异质结材料,用于锂硫电池正极宿主添加剂。VTe2作为过渡金属硫属化合物的一员,因其优异的电导率、电催化活性和铁磁行为引起了研究者的广泛关注。本工作借助CVD技术在MgO表面均匀可控地包裹VTe2而获得的VTe2@MgO材料,可有效促进多硫化锂的转化,为实现高性能的锂硫电池提供了借鉴。电化学性能测试表明,在1C下循环1000圈后,容量衰减为每圈0.055%;在硫负载量为6.9 mg cm-2时,仍能表现出良好的稳定性。通过该策略可有效提升锂硫电池的性能,显示出一定的应用前景。


CVD方法的使用可在MgO粉体上一步生长VTe2合成异质结材料,在不同温度下进行VTe2的可控生长,辅助理论计算从而优选导电性最佳的VTe2@MgO异质结材料用于锂硫电池正极。


从电催化角度进行分析,对其分别进行对称电池的组装,从中可以得出VTe2@MgO减小了反应极化,促进了氧化还原反应动力学的发生。此外通过评估锂离子扩散速率和DFT理论计算表明,在VTe2@MgO中锂离子扩散更快,从而促进多硫化锂的转化。


这一成果近期发表在ACS Nano 上,论文的共同第一作者为硕士研究生王梦蕾宋英泽博士和孙中体博士。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Conductive and Catalytic VTe2@MgO Heterostructure as Effective Polysulfide Promotor for Lithium−Sulfur Batteries

Menglei Wang, Yingze Song, Zhongti Sun, Yuanlong Shao, Chaohui Wei, Zhou Xia, Zhengnan Tian, Zhongfan Liu, Jingyu Sun

ACS Nano, 2019, 13, 13235-13243, DOI: 10.1021/acsnano.9b06267


导师介绍

孙靖宇

https://www.x-mol.com/university/faculty/80141

刘忠范

https://www.x-mol.com/university/faculty/80133


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