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西安交通大学李明涛课题组--层状2D g-C3N4/石墨烯阴极夹层提高锂硫电池的循环性能
溶解多硫化锂的“穿梭效应”导致的电化学性能衰减是锂-硫(Li-S)电池实现实际应用的最大障碍之一。为了解决上述问题,本论文制备了2D g-C3N4/石墨烯片复合材料(g-C3N4/GS),作为硫/碳(S/KB)阴极的中间层。该材料通过物理和化学的相互作用,形成一个层状的通道结构来捕获多硫化物。薄的g-C3N4/ GS中间层能有效抑制溶解的多硫化物(Li2Sx; 2 <x≤8)从阴极向阳极的扩散,通过使用g-C3N4/ GS-涂层隔膜分隔的H型玻璃电池可以证明。带有g-C3N4/GS中间层的S/KB阴极(S/KB@C3N4/GS)在0.1 C下循环100次后的放电容量为1191.7 mAh g-1,比单用S/KB阴极(625.8 mAh g-1)增加了90%以上。S/KB@C3N4/GS阴极表现出出良好的循环寿命,在1 C下循环1000次后,其放电容量高达612.4 mAh g-1XPS结果表明,g-C3N4/ GS中间层与Li2Sx之间的锚定受g-C3N4和石墨烯对长链聚硫化物的化学结合影响。总而言之,电化学性能的改善源于增强的Li +扩散系数,增加的电荷转移以及g-C3N4/GS中间层减弱了溶解的Li2Sx引起的穿梭效应。


Figure 1. a)具有g-C3N4/GS阴极夹层层结构的电池结构示意图;b) S/KB@C3N4/GS阴极截面SEM图;c)扫描速率为0.1 mV s−1CV曲线,d)扫描速率为0.1 mV s−1的充放电曲线,e) S/KB@C3N4/GS阴极前5个循环的EIS Nyquist图及其等效电路模型插图)。


Figure 2. a)具有XPS测量特征点的S/KBS/KB@C3N4/GS阴极在0.1 C时的初始充放电曲线;S/KB(左柱)S/KB@C3N4/GS(右柱)阴极在特征点1 (bf)2 (cg)3 (dh)4 (ei)处的2p谱;j)DOL/DME溶液(左室)中使用0.3M Li2S6和纯DOL/DME溶剂(右室)的玻璃电池照片,其被原始Celgard 2400隔膜(顶行)和C3N4/GS夹层隔膜(底行)分隔。


Figure 3. S/KB@C3N4/GS阴极在a)不同倍率下连续循环放电容量和b)相应的充放电曲线;c)不同扫描速率下S/KB@C3N4/GS阴极的CV曲线;d) S/KB@C3N4/GS阴极的还原峰电流(Ip)和氧化峰电流(Ip)随扫描速率的平方根1/2)的变化规律。


Figure 4. a) S/KBb) S/KB@C3N4/GS阴极在不同倍率下循环100次的性能;c)S/KB@C3N4/GS阴极在1 C2 C循环1000次时的循环性能和容量保持能力。
   相关研究成果于2019年由西安交通大学Mingtao Li课题组,发表在ChemSusChemhttps://doi.org/10.1002/cssc.201802449)上。原文:Enhanced Cycling Performance for Lithium–Sulfur Batteries by a Laminated 2D g-C3N4/Graphene Cathode Interlayer


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