可溶性多硫化鋰（Lipss）在電極間的穿梭效應和反應動力學慢，導致鋰硫電池效率極低，大電流循環穩定性差，限制了鋰硫電池的商業化應用。 本文提出了由堿處理的MXene納米片和碳納米管上添加CoS
2納米顆粒的多維復合骨架作為Li-S電池的改性隔膜（MCCOS/PP）。 實驗和理論計算均表明，MCCOS/PP分離器具有雙功能催化活性。 它不僅能促進還原過程中的液固轉化，而且能加速氧化過程中不溶性Li
2S的分解。 此外，LIPSS穿梭效應在不降低鋰離子遷移數的情況下得到了抑制。 同時，MCCOS/PP分離器具有良好的LIPSS吸附能力，可引起活性物質的重新分配和固定，有利于倍率性能和循環穩定性。 采用MCCOS/PP隔膜的鋰硫電池在20C下的比容量為368.6 mAh g
-1,在7C下1000次循環中，每循環容量衰減僅為0.033%。 此外，還實現了高面積容量(6.34 mAh cm
-2)、高硫負載(7.7 mg cm
-2)和低電解質/硫比(7.5μL mg
-1)。
Figure 1. (a) MX納米片的TEM圖像; (b-c) MX@CoS?的TEM圖像; (d-e) MX@CoS?的HRTEM圖像; (f) MX@CoS?的SAED圖案; (g-k) MX@CoS?的HAADF-STEM圖像以及相應EDS元素圖。
Figure 2. (a-b) MX和MX@CoS?的拉曼光譜和紅外光譜; (c) MX@CoS?的XPS光譜; MX和MX@CoS?的(d) XPS Ti 2p光譜; MX@CoS?的(e) XPS Co 2p和(f) XPS S 2p光譜。
Figure 3. (a) 通過Li || Li對稱電池測試的PP、M/PP、MC/PP和MCCoS/PP隔膜的鋰離子遷移數；(b) 電解槽右側液體的紫外-可見吸收光譜; (c) 使用CP、MX/CP和MX@CoS?/CP組裝的對稱電池的CV曲線; (d-e) Li?S的沉積曲線; (f-g) Li?S的溶解曲線; (h) CV曲線; (i)根據CV曲線的峰值2和峰值3計算的Tafel圖; (j) Li?S?還原的活化能(Ea); (k)基于不同隔膜的鋰硫電池充電曲線。
Figure 4. (a) Ti?C?O?-CoS?和Ti?C?O?上LiPSs的吉布斯自由能分布；(b) LiPSs和Ti?C?O?-CoS?，Ti?C?O?層之間的結合能；(c) CoS?、Ti?C?O?和Ti?C?O?-CoS?的態密度；(d) Ti?C?O?-CoS?的差分電荷密度；(e) Ti?C?O?-CoS?和Ti?C?O?上Li?S的解離能。
Figure 5. (a) 裝備有不同隔膜的鋰硫電池的倍率性能；(b) 基于MCCoS/PP隔膜的鋰硫電池在不同電流密度下的恒電流充放電曲線；(c) 用作鋰硫電池隔膜的MCCoS/PP與其它MX基材料的倍率性能比較；(d) 基于不同隔膜的鋰硫電池在0.1 C下的循環性能；(e) 基于MCCoS/PP隔膜的鋰硫電池在高硫負載和低電解質/硫比下的循環性能;(f) 基于MCCoS/PP隔膜的鋰硫電池在7 C下的長循環性能;(g) 基于MCCoS/PP隔膜的鋰硫電池與其他產品在長循環性能方面的比較。
相關研究工作由蘭州大學Shanglong Peng課題組于2022年在線發表于《Nano-Micro Letters》期刊上，原文：Multi-Dimensional Composite Frame as Bifunctional Catalytic Medium for Ultra-Fast Charging Lithium-Sulfur Battery。
轉自《石墨烯研究》公眾號
