穿梭效应始终是锂硫电池发展的严重阻碍。为了抑制多硫化物的穿梭,研究者们开发出了多种功能化的硫载体、粘结剂、隔膜、涂层以及催化剂。近日,温州大学杨植课题组从生物酶的催化过程中受到启发,考虑到氧元素与硫元素同族,将氯化血红素(hemin)引入锂硫电池正极中充当多硫化物转化的催化剂。
本文要点
1) 师法自然,采用仿生分子作为多硫化物转化的催化剂;
2) 将氯化血红素(hemin)分别负载于羧基、羟基和氨基官能化的碳纳米管上,并研究这三种复合材料对锂硫电池电化学性能的影响;
3) 作者使用原位红外、原位拉曼、原位紫外结合非原位XPS和DFT计算等方法对CNTs–COOH@hemin复合材料在催化多硫化物转化过程中的作用进行阐述;
4) 在0.2 C倍率下,使用CNTs–COOH@hemin复合材料的硫正极首周放电比容量高达1637.8 mAh/g;1 C倍率下循环1800周,平均每周衰减0.042%;将硫载量提高至6.52 mg/cm2时仍可释放出近600 mAh/g的比容量;
5) 作者认为氯化血红素中具有Fe-O键的配位的三价铁可以催化长链多硫化物向短链多硫化物的转化,并可以有效抑制穿梭效应。
参考文献:
Xinwei Ding et al. Biomimetic Molecule Catalysts to Promote the Conversion of Polysulfides for Advanced Lithium–Sulfur Batteries, Adv. Funct. Mater. 2020, 2003354
DOI: 10.1002/adfm.202003354
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202003354