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成果简介

严重的穿梭效应和缓慢的氧化还原动力学是硫阴极面临的主要挑战,导致锂硫电池的容量退化和倍率性能差,尤其是在高硫负载和低电解液/硫(E/S)条件下。本文,大连理工大学陆安慧课题组在《J. Mater. Chem. A》期刊发表名为“Multi-cavity carbon nanofiber film decorated with Co-Nx doped CNTs for lithium–sulfur batteries with high-areal-capacity”的论文,研究介绍了一种用Co-Nx掺杂碳纳米管(Co-Nx)修饰的三维(3D)多腔碳纳米纤维薄膜-NCNTs@CNF)设计并同时具有硫磺主体和中间层的双重功能。

Co-NCNTs@CNF的多腔结构为高负载硫提供了足够的空间,缓解了硫的体积膨胀。原位突出的CNT和CNF形成有利于加速电子/离子转移的导电框架。引入含钴水滑石形成的大孔结构有利于电解质渗透,从而降低E/S。Co-Nx位点可以作为高效吸附剂和催化剂,吸附多硫化物并催化多硫化物的快速转化。该策略为制备在高硫负载下能在低E/S下工作的硫阴极材料提供了新的方向。

图文导读

图1、 (a-c) Co-NCNTs@CNF-0.21 和 (d-f) Co-NCNTs@CNF-0.42 的 SEM 图像。

图2、 (a 和 b) Co-NCNTs@CNF-0.21和 (c和d) Co-NCNTs@CNF-0.42的TEM图像。

图3、(a和b)样品的XRD图谱。(c) N2吸附等温线和 (d) CNF 和 Co-NCNTs@CNF- x样品的孔径分布。

图3、 Co-NCNTs@CNF-0.42-S 电极在 0.2C 下的循环性能(a)在高硫负载下有/无 IL 和(b)在高硫负载和低 E/S下有 IL。

图4、(a) 对称电池在 10 mV s -1扫描速率下的 CV 曲线,(b 和 c) 在 0.1 mV s -1下的 LSV 曲线,(d) Co-NCNTs@CNF-0.42和CP电极的Tafel 图. (e) 在Co-NCNTs@CNF-0.42和CP基板上减少 LiPS 的能量分布。

图5、 (a和c) Co-NCNTs@CNF-0.42-S电极的原位时间分辨拉曼光谱和(b和d)相应的CV曲线。

文献:

https://doi.org/10.1039/D2TA02844A

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