中國石油大學（華東）胡涵、吳明鉑教授課題組ACS Nano: 富本征缺陷多級孔碳骨架抑制多硫化鋰的穿梭效應

youyoucao 3年前 (2020-07-08) 4856瀏覽

【引言】

由于具有高能量密度以及廉價易得的電極材料，鋰硫電池被認為是最具應用前景的下一代二次電池之一，近年來受到產學研各界的廣泛關注。目前，鋰硫電池的實際應用仍受到一系列問題的困擾，如正極活性硫物種的電導率低、充放電時體積變化大以及中間產物多硫化鋰的 “穿梭效應”等，嚴重影響了電池的實際比容量，庫倫效率與循環穩定性。

【成果簡介】

近日，中國石油大學（華東）胡涵、吳明鉑教授課題組在ACS Nano發表題為“Intrinsic Defect-Rich Hierarchically Porous Carbon Architectures Enabling Enhanced Capture and Catalytic Conversion of Polysulfides”的研究論文，提出利用一種簡易的制備方法構筑富含本征缺陷的分級孔碳骨架來負載硫，利用缺陷位點的強極性來錨定和催化轉化多硫化鋰，提升鋰硫電池性能。

【圖文導讀】

圖一

富本征缺陷多級孔碳骨架（DHPCs）合成過程示意圖。

圖二

(a)(c) 氮摻雜多級孔碳骨架（NHPCs）的FESEM圖像；

(b)(d) DHPCs的FESEM圖像；

(e) NHPCs 的TEM圖像；

(f) DHPCs 的TEM圖像。

圖三

(a) NHPCs與DHPCs的XPS全譜；

(b) NHPCs的高分辨C1s圖譜；

(c) DHPCs的高分辨C1s圖譜;

(d) NHPCs與DHPCs的Raman圖譜；

(e) NHPCs與DHPCs的C的K邊NEXAFS圖譜；

(f) 圖e在282與285 eV之間的放大圖。

圖四

(a) L2S6溶液以及添加等量NHPCs、DHPCs后上清液的紫外可見光譜圖譜，插圖為吸附前后溶液顏色變化的照片；

(b) 以NHPCs或DHPCs作為工作電極的L2S6對稱電池在50 mV s-1掃描速率下的CV曲線。

圖五

(a) S@NHPC與S@DHPC在1 mV s-1掃描速率下的CV曲線；

(b)(c) S@NHPC與S@DHPC在5 C倍率下的充放電曲線；

(d) S@NHPC與S@DHPC在0.5 C倍率下的循環性能圖；

(e) S@NHPC與S@DHPC在不同倍率下的循環性能圖；

(f) S@NHPC與S@DHPC的EIS圖譜；

(g) S@DHPC在2 C倍率下的長循環性能圖。

圖六

(a) (e) 石墨烯；(b) (f) 氮摻雜石墨烯；(c) (g) 具585型缺陷的石墨烯以及(d) (h) 具59型缺陷的石墨烯上Li2S與Li2S4的吸附構型俯視圖和側視圖；

(i) DHPC表面上硫物種的固定與轉化示意圖。

【小結】

綜上所述，作者首次揭示了碳材料本征缺陷對多硫化鋰的強吸附能力和催化轉化性能。通過簡便的兩步退火法，可以大規模生產富含本征缺陷的分級孔碳骨架。這種碳材料可實現高達90%（質量比）的硫負載量。載硫后的S@DHPCs在0.5?C倍率下比容量為1182 mAh g-1、倍率性能佳、穩定性優良，即使在2 C的高倍率下，圈均容量衰減僅為0.06 %。

文獻連接：Intrinsic Defect-Rich Hierarchically Porous Carbon Architectures Enabling Enhanced Capture and Catalytic Conversion of Polysulfides. ACS Nano 2020, 14 (5), 6222-6231.

本文由中國石油大學（華東）重質油國家重點實驗室投稿。

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