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我院院長唐少春教授、南大孟祥康教授團隊在商業鋰硫電池隔膜改性提升方麵取得進展

發布時(shi)間(jian):2022-03-25點擊(ji)量:761

多(duo)硫化(hua)物的(de)穿梭(suo)效(xiao)應和緩慢(man)的反應動力(li)學(xue)是當(dang)前(qian)鋰(li)硫(liu)(Li-S)電池發展(zhan)的主(zhu)要障(zhang)礙(ai)。近(jin)日,南(nan)京(jing)大學唐少(shao)春(chun)教(jiao)授、孟祥(xiang)康(kang)教授團隊(dui)開(kai)發(fa)出一種(zhong)由(you)內(nei)含不飽和(he)金屬(shu)位(wei)點(dian)超(chao)薄 Ni-Co MOF和導(dao)電(dian)32x納(na)米片(pian)32x構成的新(xin)型(xing)2D/2D異(yi)質結(jie)構(gou),塗(tu)覆(fu)商業隔(ge)膜(mo)後(hou)實現了鋰硫電池性能的大(da)幅(fu)提(ti)升(sheng)。該(gai)成(cheng)果(guo)以(yi)“Synergistic Adsorption-Electrocatalysis of 2D/2D Heterostructure toward High Performance Li-S Batteries”為題發表在(zai)國(guo)際(ji)知(zhi)名(ming)期(qi)刊(kan)Chemical Engineering JournalDOIhttp://m.sjzanhong.cn/x-third-part/10.1016/j.cej.2022.135535),論(lun)文(wen)第(di)一作者(zhe)是南京大學現(xian)代(dai)工(gong)程與應用(yong)科學學院在讀(du)博(bo)士(shi)研究(jiu)生(sheng)任(ren)逸倫,通(tong)訊(xun)作(zuo)者是(shi)唐(tang)少春教授(shou)、孟(meng)祥康教授和助理(li)研(yan)究員(yuan)馬(ma)玉潔(jie)。

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基(ji)於(yu)協(xie)同吸(xi)附(fu)-電催(cui)化,改(gai)性隔膜不僅(jin)能有(you)效抑(yi)製(zhi)多硫化物(wu)的溶(rong)解(jie)並(bing)促進其(qi)轉化,還(hai)能加(jia)速(su)電子/離(li)子(zi)的轉移(yi)。密(mi)度(du)泛(fan)函(han)理論結果進(jin)一(yi)步(bu)證(zheng)實(shi),異質結構對(dui)多硫化物具有很(hen)強的吸附能(neng),其轉(zhuan)化能壘(lei)較(jiao)低(di)。將(jiang)異質結構32x改性(xing)的商(shang)業隔膜用於Li-S電池(chi),在0.2C條(tiao)件(jian)下表現出(chu)-1的可(ke)逆(ni)容量;在0.5 C下充(chong)放(fang)電循(xun)環(huan)350次(ci)容(rong)量保(bao)持(chi)率為91.1%的出色(se)循環穩定性。硫負(fu)載量(liang)為-2E/S-1時,電池依(yi)然(ran)保持穩(wen)定的高容量。

圖文解析(xi)

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132x異質(zhi)結構的合成流(liu)程(cheng)及(ji)微(wei)觀(guan)結構示意圖(tu)。

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232xSEMd) TEM圖;32xSEMe)TEM圖;32xHAADF-STEM圖像(xiang)及相(xiang)應(ying)的元(yuan)素(su)分布(bu);g) SEM圖和h)橫(heng)截麵SEM圖;32xMOF@xraPP隔膜在不同(tong)形(xing)變情況(kuang)下的數(shu)碼(ma)照片。

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3. a) FTIR光(guang)譜,b) XRD圖譜(pu)和32x32x Ni-Co MOFXPS表(biao)麵(mian)圖譜;32x的高分辨C 1sO 1s XPS圖譜;32x32x的高(gao)分辨率Ti 2p

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4. a)添(tian)加Ti3C2Tx/Ni-Co MOFTi3C2TxNi-Co MOF 2 hLi2S6溶液(ye)的紫(zi)外-可見(jian)吸收光譜及對應數碼照片;b)掃描速率為10 mV s-1時對稱電池的CV曲(qu)線;c) Ti3C2Tx/Ni-Co MOF-Li2S6的高分辨(bian)率Ti 2p XPS光譜;d) Ti3C2Tx/Ni-Co MOF-Li2S6Ti3C2Tx/Ni-Co MOF的高分辨率(lv)Co 2pe)Ni 2p XPS光譜;f) Ti3C2Tx/Ni-Co MOF-Li2S6Li2S6的高分辨率S 2p XPS光譜;g-i) Ti3C2Tx/Ni-Co MOFTi3C2TxCP的恒電位放電曲線。

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5828262422232x上(shang)吸收(shou)的優化配(pei)置(zhi);b) 硫化物與(yu)32xNi-Co MOF32x表麵之(zhi)間的結合(he)能;c)32xNi-Co MOF32x表麵上從(cong)8到(dao)2放電過(guo)程的相對自(zi)由能;32xMOF@xraPP的放電/充電過程示(shi)意(yi)圖。

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632x32xPP的穿(chuan)梭電流曲線;b)第一圈(quan)的CV曲線;32x在不同掃描(miao)速率-1下的CV曲線;d) 使(shi)用PP32x32x隔膜的Li-S電池的循環性能(0.2 C)e)倍率性能;32x在不同倍(bei)率下的恒(heng)電流充放電曲線(xian);32x0.5 C1C下的長(zhang)期循環性能;32x0.1 C下的電化學性能,S負載(zai)量約(yue)-2E/S比(bi)為(wei)-1。插(cha)圖是32x組(zu)裝(zhuang)的Li-S電池供(gong)電的LED照(zhao)片。


總(zong)結與展望


總之,本研究成果報(bao)道(dao)了一種用於改性提升鋰硫電池商用隔膜的二(er)維(wei)/二維32x異質結構材料(liao)。基於超薄(bao)Ni-Co MOF32x納米片的協同作用,有效提高了LiPSs的吸附和催化效果。具(ju)有豐(feng)富(fu)不(bu)飽(bao)和金屬位點的超薄Ni-Co MOFs能錨(mao)定(ding)LiPSs並促(cu)進其轉化,而(er)32x納米(mi)片的高電導率提供大量電子加速了(le)反(fan)應動(dong)力學。這項(xiang)工作為高性能長循環壽(shou)命(ming)鋰硫電池商用隔膜的開發提供了一種新思(si)路和技(ji)術手(shou)段(duan)。


該工作得(de)到了國家自然科(ke)學基金(jin)(51771090),江(jiang)蘇省重點研發計(ji)劃(hua)(BE2020684),中(zhong)央(yang)高校(xiao)基本(ben)科研業(ye)務(wu)費(fei)專(zhuan)項資(zi)金(14380163)的聯(lian)合支持。


文獻(xian)來源(yuan)


Ren Y, Zhai Q, Wang B, et al. Synergistic Adsorption-Electrocatalysis of 2D/2D heterostructure toward high performance Li-S batteries. Chemical Engineering Journal, 439, 2022, 135535.

文獻鏈(lian)接:http://m.sjzanhong.cn/x-third-part/10.1016/j.cej.2022.135535



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