锂硫(Li-S)电池由于其极高的理论比容量(1675 mAh g-1),低成本和环境友好性等优点,引起了人们极大的研究关注。然而,在正极材料的开发中,其实际应用仍面临一些问题,例如硫和硫化锂的电导率低,充/放电过程中的体积变化大以及多硫化锂的穿梭效应( LiPs,Li2Sn,3≤n≤8)。
近日,东华大学罗维教授,中科大余彦教授,复旦大学李伟教授报道了以聚氧化乙烯嵌段聚苯乙烯(PEO-b-PS)为模板,多巴胺(DA)为碳前驱体,醋酸锰(MNAC)为金属前驱体,采用单胶束定向界面组装的方法,在氧化石墨烯(GO)两侧的介孔碳单层中引入亚纳米氧化锰团簇(MOCs)。
文章要点
1)所得到的S/rGO@mC-MnO-800功能纳米片具有独特的三明治状介孔结构,具有均匀有序的介孔(18 nm)、高比表面积(300.9 m2 g−1)和大孔容(∼0.57 cm3 g−1)。
2)研究人员将S/rGO@mC-MnO-800复合材料应用于锂硫电池,实验结果显示,首次放电容量达到1535.9 mAg-1,在0.2 A g-1下循环100次后的可逆容量高达990 mAh g-1,在2 A g-1下的循环寿命超过250次,是一种极有前途的电极材料。即使在4.7 mg cm-2的高硫负载量下,电池在0.1 A g-1下也具有2.5 mAh cm-2的高面积容量。
3)实验和理论计算结果表明,除了独特的介孔碳纳米片所具有的高电导率和有效的缓冲效应外,亚纳米MOCs对LiPs具有很强的化学吸附能力,从而大大降低了LiPs的穿梭效应。
研究为通过这种设计策略改善Li−S电池的电化学性能铺平了道路,从而获得所需的结构、性能和功能。
参考文献:
Pengpeng Qiu, et al, Sub-nanometric Manganous Oxide Clusters in Nitrogen Doped Mesoporous Carbon Nanosheets for High-Performance Lithium−Sulfur Batteries, Nano Lett., 2020
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04322
https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04322