为了满足实际应用需求，迫切需要高质量负载的锂硫（Li-S）电池以实现良好的电化学性能。在这里，独特的三维(3D)还原氧化石墨烯(rGO)涂层超薄氧化锌钴复合N掺杂碳自支撑分层多孔纳米片阵列，锚定在柔性碳布(CCs) (rGO-S/ZnCo2O4@NC/ CCs），被设计和选择为独立的阴极。使用rGO-S/ZnCo2O4@NC/CC作为正极的锂硫电池表现出约1377.8 mAh g^-1 的高容量，并在0.1 C下循环700次后仍保持约1006.3 mAh g^-1的出色容量，硫负载为2.2毫克 cm⁻²。此外，即使在8.2 mg cm⁻²的高硫负载下，也可以在0.1 C下实现735.9 mAh g⁻¹ 的优异容量。在这项工作中，具有特殊功能和具有导电rGO的3D自支撑分层多孔纳米结构 涂层设计，通过“内外双修”作用，合理缓解​​高负载锂硫电池的“穿梭效应”。
 
 
图 1. (a) rGO-S/ZnCo2O4@NC/CCs 合成示意图。(b) rGO“涂层”抑制“穿梭效应”的硫储存电化学机制。
 
 
图2. (a-d) Co-MOF、ZnCo₂O₄@NC/CCs、S/ZnCo₂O₄@NC/CCs和 rGO-S/ZnCo₂O₄@NC/CCs 的SEM图像。(e)S/ZnCo₂O₄@NC/CC复合阴极的TEM图；插图显示了来自 S/ZnCo₂O₄@NC/CC复合材料的相应选区电子衍射(SAED)图案。(f)S/ZnCo₂O₄@NC/CC复合材料的高分辨率 TEM (HRTEM) 图像。 (g) S/ZnCo₂O₄@NC/CC复合材料的TEM图像和能     量色散X射线光谱(EDS)元素映射。
 
 
图 3. (a) ZnCo₂O₄和ZnCo₂O₄@NC/CC复合材料的XRD图。(b) ZnCo₂O₄@NC/CCs、S/ZnCo₂O₄@NC/CCs和rGO-S/ZnCo₂O₄@NC/CCs的拉曼图谱。(c) ZnCo₂O₄@NC/CC复合材料的高分辨率Zn 2p、(d) Co 2p、(e) O 1s、(f) C 1s 和 (g) N 1s 光谱。 (h) ZnCo₂O₄@NC/CC和S/ZnCo₂O₄@NC/CC复合材料的N2吸附-解吸等温线； 插图是对应的 ZnCo₂O₄@NC/CC 复合材料的 Barrett-Joyner-Halenda (BJH) 孔径分布曲线。(i) S/ZnCo₂O₄@NC/CC阴极的 TGA 曲线（硫载量为 2.2 mg cm^-2）。
 
 
图 4. rGO-S/ZnCo₂O₄@NC/CCs阴极的电化学特性（硫负载量为 2.2 mg cm-2）。(a) 0.1至2.0 C不同电流速率下的充放电曲线。 (b) 0.2至1 mV s^-1不同扫描速率下的CV曲线。(c) 0.4 mV s⁻¹处的伏安响应。 (d)在不同扫描速率下电容和扩散控制的电荷存储的贡献。(e)从0.1到2.0 C的倍率性能。 (f)在1.0 C下50次循环之前和之后的Nyquist图。 (g)在0.1和1.0 C下超过700次循环的长期循环性能。
 

图 5. rGO-S/ZnCo₂O₄@NC/CC 阴极的电化学特性（硫负载量为 4.2、6.2 和 8.2 mg cm^-2）。  (a) 单节电池触发LED和电子表的照片。  (b) 奈奎斯特图。 (c) 在0.1 C时的循环稳定性。 (d) 这项工作的比容量、负载和循环性能与文献中最近的相关报告的相关性。
  
       相关科研成果吉林大学Lijun Zhao等于2021年发表在ACS Applied Nano Materials（https://doi.org/10.1021/acsanm.1c01876）上。原文：Reduced Graphene Oxide-Coated Zinc–Cobalt Oxide Nanosheet Arrays with N-Doped Carbon Anchored on Carbon Cloths as Cathode Materials for High-Sulfur-Loading Li–S Batteries。

转自《石墨烯研究》公众号