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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-C
3
N
4
/
石墨烯片复合材料(
g-C
3
N
4
/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-C
3
N
4
/ GS
中间层能有效抑制溶解的多硫化物(
Li
2
S
x
; 2 <x≤8
)从阴极向阳极的扩散,通过使用
g-C
3
N
4
/ GS-
涂层隔膜分隔的
H
型玻璃电池可以证明。带有
g-C
3
N
4
/GS
中间层的
S/KB
阴极(
S/KB@C
3
N
4
/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@C
3
N
4
/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
-1
。
XPS
结果表明,
g-C
3
N
4
/ GS
中间层与
Li
2
S
x
之间的锚定受
g-C
3
N
4
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-C
3
N
4
/GS
中间层减弱了溶解的
Li
2
S
x
引起的穿梭效应。
Figure 1. a)
具有
g
-
C
3
N
4
/GS
阴极夹层层结构的电池结构示意图;
b) S/KB@
C
3
N
4
/GS
阴极截面
SEM
图;
c)
扫描速率为
0.1 mV s
−1
的
CV
曲线,
d)
扫描速率为
0.1 mV s
−1
的充放电曲线,
e) S/KB@
C
3
N
4
/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/KB
和
S/KB@C
3
N
4
/GS
阴极在
0.1 C
时的初始充放电曲线;
S/KB(
左柱
)
和
S/KB@
C
3
N
4
/GS(
右柱
)
阴极在特征点
1 (b
和
f)
、
2 (c
和
g)
、
3 (d
和
h)
和
4 (e
和
i)
处的
S
2p
谱;
j)
在
DOL/DME
溶液(左室)中使用
0.3
M
Li
2
S
6
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
C
3
N
4
/GS
夹层隔膜(底行)分隔。
Figure 3.
S/KB@C
3
N
4
/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@C
3
N
4
/GS
阴极的
CV
曲线;
d)
S/KB@C
3
N
4
/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
(υ
1/2
)
的变化规律。
Figure 4. a)
S/KB
和
b)
S/KB@
C
3
N
4
/GS
阴极在不同倍率下循环
100
次的性能;
c)S/KB@
C
3
N
4
/GS
阴极在
1 C
和
2 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
ChemSusChem
(
https://doi.org/10.1002/cssc.201802449
)上。原文:
Enhanced Cycling Performance for Lithium–Sulfur Batteries by a Laminated 2D g
-
C
3
N
4
/Graphene Cathode Interlayer
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