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自支撑碳包覆介孔氮化钒纳米线薄膜作为高稳定性锂硫电池正极材料技术研究
时间:2021-11-11 10:50 点击次数:
本文摘要:【章节】由于理论能量密度高达2560Wh/kg,锂硫电池被指出是最有前景的储能体系之一。虽然经过了几十年的发展,但是锂硫电池的大规模应用于依然受到一些因素的容许,其中中间产物多硫化物的来回效应以及硫的导电性能差是最引人注目的问题。

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【章节】由于理论能量密度高达2560Wh/kg,锂硫电池被指出是最有前景的储能体系之一。虽然经过了几十年的发展,但是锂硫电池的大规模应用于依然受到一些因素的容许,其中中间产物多硫化物的来回效应以及硫的导电性能差是最引人注目的问题。近年来,除了使用各种低比表面碳对多硫化物展开物理容许外,研究人员也尝试将极性的金属氧化物(如SiO2,TiO2,MnO2,V2O5)和硫化物(如TiS2,WS2,CoS2)重新加入硫电极中来,从而有效地导电可溶性多硫化物,诱导来回效应,提高锂硫电池的循环稳定性。然而大多数金属氧化物与硫化物导电性劣,相当严重妨碍了电子传导,从而造成了低的硫利用率和较好的倍率性能。

因此必须找寻具备低电导率和强劲导电能力的电极材料来更进一步提高锂硫电池的性能。【成果概述】9月10日,NanoEnergy公开发表为题“自承托的碳外壳介孔氮化钒纳米线薄膜作为低稳定性的锂硫电池负极材料”(Freestandingcarbonencapsulatedmesoporousvanadiumnitridenanowiresenablehighlystablesulfurcathodesforlithium-sulfurbatteries)的研究论文,第一作者为武汉科技大学博士生李星星,通讯作者为武汉科技大学的高标和华中科技大学的霍开富。【本文亮点】碳外壳介孔氮化钒纳米线(MVN@CNWs)核壳结构具备以下优势:(1)具备低导电性的多孔VN作为内核,不仅为硫单质获取了阻抗空间,而且为电子的较慢传输获取了地下通道;(2)VN内核的化学吸附作用和微孔碳外壳的物理挡住起到协同诱导了多硫化物的来回效应,极大地提高了循环性能;(3)多孔结构的VN可以适应环境充放电过程中硫的体积变化;(4)VN内核具备出色的催化剂性能,需要有效地加快多硫化物向固态硫化锂的改变动力学;(5)S/MVN@CNWs自承托薄膜由相互交织纳米线构成,需要任何的导电剂和粘结剂,提升了硫载量,并展现出出有较好的柔性。

【图文简介】图1.(a)S/MVN@CNWs制取过程示意图以及在充放电过程中诱导来回效应的示意图。以水解钒纳米线为前驱物,通过非常简单的多巴胺外壳和氨气处置,以及先前硫的阻抗来取得S/MVN@CNWs薄膜电极。

由于VN和微孔碳层对多硫化物展现出出强的化学导电和有效地的物理妨碍起到,从而有效地诱导了多硫化合物的来回效应并提升循环稳定性。图2.S/MVN@CNWs结构与成分密切相关。融合电镜图片和面扫结果可以显现出硫纳米颗粒大小为2-5nm,并且主要产于在VN的介孔中。S/MVN@CNWs电极最低硫载量平均82.6wt%。

(a,b)分别为S/MVN@CNWs的TEM图和HR-TEM图;(c)为S/MVN@CNWs的STEM图片,和S、V、C元素的面扫;(d)为S/MVN@CNWs构成的柔性电极的照片和厚度;(e)为有所不同硫载量S/MVN@CNWs的热重图;(f)MVN@CNWs阻抗硫前后的XRD图。


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