多硫化物的穿梭效應(yīng)和緩慢的氧化還原動力學(xué)是制約鋰硫電池實際應(yīng)用的主要障礙。在本研究中，我們報道了利用中空碳納米球(HCSs)、MXene納米片和CoO(OH)通過簡單的自組裝工藝制備的嵌入雙極金屬Ti和Co的陰極材料。由于雙極金屬相關(guān)活性位點引入的強化學(xué)吸附和高催化活性，HCS@Co MXene/S陰極的鋰電池與HCS/S和HCS@MXene/S陰極相比，電荷轉(zhuǎn)移電阻最低，倍率性能最好。此外，該電池具有1309 mA h g
-1的高初始放電容量，在0.5 C下循環(huán)300次后仍保持570 mA h g
-1。. 即使在1℃的放電電流下，電池在120次循環(huán)中仍保持728 mA h g
−1的可逆容量。因此，在雙極金屬包埋的情況下，鋰離子電池陰極的循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)于參考陰極。本研究結(jié)果為高性能鋰電池正極及其器件的簡易組裝提供了廣闊的前景。
圖1 HCS@Co MXene的修復(fù)過程示意圖。
圖2。光學(xué)圖像顯示HCS的水溶液在不同(a)0 h (b) 1h 靜止時間下的變化。 (c) HCS/H
2O和MXene/H
2O分散體系的Zeta電位。(d) HCS的FTIR光譜分析。
圖3 (a) 3D e-Ti
3C
2-1， (b) 3D e-Ti
3C
2-2和(c) 3D e-Ti
3C
2-3的形態(tài)演化示意圖。(d) 3D e-Ti
3C
2-1 (120 C)、3D e-Ti
3C
2-2 (150 C)和3D e-Ti
3C
2-3 (180 C)的TEM圖像。(h)三維e- Ti
3C
2-2的TEM圖像。(i)三維e-Ti
3C
2-2的HRTEM圖像，(j)傅里葉變換(FFT)模式、FFT反晶格圖像和選定區(qū)域的晶格間距剖面。(k)三維e-Ti
3C
2-2微球橫斷面上的高角度環(huán)形暗場掃描透射電子顯微鏡(HAADF-STEM)圖像。(l)三維e-Ti
3C
2-2微球的元素映射。
圖4。(a) HCS、HCS@Co MXene和HCS@Co MXene/S的XRD和(b)拉曼光譜。(c) N
2吸附/脫附等溫線和(d) HCS@Co MXene和HCS@Co MXene/S孔徑分布。
圖5。(a) HCS@Co MXene/S的XPS譜和(b) C 1s， (C) O 1s， (d) S 2p， (e) Ti 2p， (e) Co 2p的高分辨率譜。
圖6。(a) CV曲線，(b)速率性能，(c)不同陰極第一循環(huán)后的交流阻抗。(d) HCS@Co MXene/S在不同周期下的交流阻抗圖。
圖7 HCS@Co MXene/S陰極在0.5 C時100次循環(huán)后的充放電曲線(a)和1 C時不同循環(huán)的充放電曲線(b)。不同陰極在(C) 0.5 C和(d) 1 C時的循環(huán)性能。
圖8。HCS、HCS@MXene和HCS@Co MXene對Li
2S
6溶液的紫外-可見吸附光譜。
相關(guān)科研成果由相關(guān)科研成果由合肥工業(yè)大學(xué)Fancheng Meng等人于2021年發(fā)表在ACS Applied Energy Materials (https://pubs.acs.org/10.1021/acsaem.1c02449)上。原文：Self-Assembled Bipolar Metals with Hollow Carbon Spheres for High-Performance Li−S Battery Cathodes。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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