​Китайская команда разрабатывает новый высокоэффективный катод для литий-серных батарей

-
19:10
102
​Китайская команда разрабатывает новый высокоэффективный катод для литий-серных батарей

Ученые под руководством профессора Цзянь Лю и профессора Чжуншуай Ву из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук разработали мезопористые углеродные сферы с декоративным покрытием Fe1-xS в качестве катодного материала для литий-серных батарей.

Fe1-xS-NC имеет высокую удельную площадь поверхности (627 м2 г-1), большой объем пор (0,41 см3 г-1), а также усиленную адсорбцию и электрокаталитический переход к полисульфидам лития (LiPs). Материал обладает отличной полисульфидно-каталитической активностью и циклической стабильностью. Статья с открытым доступом об их работе опубликована в журнале «Advanced Energy Materials».

Литий-серные батареи имеют высокую теоретическую плотность энергии 2600 Вт кг-1 и теоретическую емкость 1675 мАч г-1. Однако медленная конверсионная реакция серы в процессе зарядки и разрядки приводит к низкому коэффициенту использования серы и серьезному полисульфидному челночному эффекту. Кроме того, это приводит к низкой емкости и стабильности литий-серных батарей.

Необходима электрокаталитическая система, позволяющая эффективно и стабильно осуществлять каталитическое превращение полисульфида при высокой серосодержащей загрузке, что приводит к высокой циклической стабильности литий-серной батареи.

В современных исследованиях исследователи разработали мезопористый углеродный материал, декорированный высокодисперсными электрокаталитическими наночастицами Fe1-xS (Fe1-xS-NC), и применили его в качестве катода литий-серной батареи для обеспечения высокой каталитической активности и высокого серосодержащего нагружения.

Материал характеризуется низкой плотностью массы, высокой пористостью и высокодисперсным электрокатализатором, что значительно улучшает адсорбционную и каталитическую конверсионную способность полисульфидов.

Исследователями установлено, что распада Fe1-xS-NC практически не происходит при исходном значении 1070 мАч g-1 после 200 циклов и при плотности тока 0,5 С.

Высокая электрокаталитическая активность наночастиц Fe1-xS в сочетании с их высокой электронной проводимостью и доступностью позволяют эффективно адсорбировать и преобразовывать LiPs в Li2S. Электрокатализаторы хорошо диспергированы в иерархически пористых углеродных сферах с большими мезопористыми полостями, способными выдерживать высокую серную нагрузку, модулировать объемные колебания во время циклов зарядки/разрядки и усиливать массоперенос электролита к активным участкам. В результате для LSB достигается высокоэффективный катод с исключительной стабильностью (отсутствие выцветания емкости при 0,5 C после 200 циклов), высокой скоростной способностью и отличными циклическими характеристиками при высокой серосодержащей нагрузке 8,14мг/см-2.

Данная работа демонстрирует потенциальную применимость хорошо диспергированных сульфидов металлов при низком загрузке металла внутри высокопористых углеродных сфер в качестве высокопроизводительных нанореакторов для LSB. Результаты могут также открыть возможности для построения более сложных архитектур, таких как полые структуры, желтковая оболочка или многокорпусные частицы, легированные сульфидами металлов посредством молекулярно-уровневого проектирования, для улучшения характеристик LSB с точки зрения долговременной стабильности цикла и высокого серосодержащего нагружения. Молекулярно-уровневая конструкция также может быть привлекательным методом синтеза высокодисперсных нитридов металлов, оксидов, фосфидов или галогенидов в углеродной опоре путем соответствующего выбора предшественника и методов синтеза.

RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!
Загрузка...