一种锂硫电池用纳米结构柔性非对称杂化正极的构建方法

  • A+
所属分类:体育平台

东北林业大学陈文帅:一种锂硫电池用纳米结构柔性非对称杂化正极的构建方法

DOI: 10.1021/acsami.1c13484

锂硫电池因多硫化物穿梭而受到容量衰减的困扰,因此迫切需要开发出一种能够阻碍多硫化物穿梭并实现高活性材料利用率的新型低成本电极。在此,研究者通过将高纵横比的木质纳米纤维素和低成本的商用碳纳米管(约$0.2/g)集成到缠结的气凝胶膜中,构建了一种柔性、导电的纳米结构非对称杂化正极。真空过滤结合冻干技术使得气凝胶薄膜两侧具有截然不同的纳米纤维/纳米管填充密度和孔隙结构。缠结的模块与非对称多孔结构气凝胶膜的协同效应刺激了活性硫负载的同时增加,增强了电解质渗透性,减轻了多硫离子的溶解和穿梭,促进了快速的电子传输。本研究构建的正极在0.5C(1C=1675mA/g)下进行1000次放电/充电循环期间每个循环的容量衰减率为0.01%,平均库仑效率达到99.7%。

一种锂硫电池用纳米结构柔性非对称杂化正极的构建方法

图1.NCHF和NCAF制造过程示意图。

一种锂硫电池用纳米结构柔性非对称杂化正极的构建方法

图2.(a)木质NFC的TEM图像。插图为0.2wt%木质NFC水悬浮液的照片。(b)CNT的TEM图像。插图为0.2wt%CNT乙醇悬浮液的照片。(c,d)NCAF-6/4底层的SEM图像。(e-g)NCAF-6/4顶层的SEM图像。(h,i)NCAF-6/4垂直截面的SEM图像。

一种锂硫电池用纳米结构柔性非对称杂化正极的构建方法

图3.NCAFs的比较性能。(a)NCAFs和NCNPF的应力应变曲线。(b)NCAFs和NCNPF的电导率。(c)NCAFs和NCNPF的薄层电阻。(d,e)NCAFs的拉曼和FTIR图谱。(f)NCAF-6/4和NCNPF-6/4对Li2S6正极电解液的润湿性比较。(g)NCAF-6/4正极的SEM图像以及(h)硫、(i)碳和(j)氧的元素映射图像。

一种锂硫电池用纳米结构柔性非对称杂化正极的构建方法

图4.(a)(a1)Li2S、(a2)Li2S4和(a3)Li2S6分子吸附在纤维素表面的最佳结构(侧视图)。(b)(b1)Li2S、(b2)Li2S4和(b3)Li2S6分子吸附在纤维素表面的最佳结构(俯视图)。(c)空白Li2S6溶液和暴露于不同吸附剂后的LiPS溶液的照片。(d)空白Li2S6溶液和添加不同吸附剂后的上清液的UV-vis光谱。

一种锂硫电池用纳米结构柔性非对称杂化正极的构建方法

图5.(a)EIS曲线。(b)NCAF-6/4、(c)NCAF-9/1和(d)NCAF-8/2电极的CV。(e)NCAF-6/4电极在0.25C下的循环性能。插图:指定循环下的恒电流充电/放电电压曲线。(f)NCAF-6/4电极在1C和2C下的循环性能以及库仑效率。

一种锂硫电池用纳米结构柔性非对称杂化正极的构建方法

图6.(a)NCAF-6/4电极在0.05C下进行首次放电/充电过程的GITT曲线。(b)放电/充电过程中相应的IR下降。(c)NCAF-6/4电极在0.1至2C下的充放电电压曲线。(d)NCAF-6/4电极在0.5C下进行不同循环期间的恒电流充放电曲线。NCAF-6/4电极在0.5C下的寿命性能以及库仑效率。

发表评论

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: