锂硫电池在高能量密度储存方面显示出巨大的潜力,然而由于溶解性多硫化物的穿梭效应,其长期稳定性仍然受到了严重限制。
近日,中科大洪勋副教授,Gongming Wang报道了一种通过非晶化诱导的表面电子态调节来显著提高氧化钴纳米片(α-CoO NSs)的多硫化物吸附能力的策略。
文章要点
1)研究人员首先将乙酰丙酮钴(Co(acac)2)和溴化钾(KBr)在水/乙醇混合溶液中充分溶解,搅拌2 h。溶液在80 °C蒸发后,将干燥的混合物转移到瓷船中,在空气气氛下240 °C退火80 min。最后,洗涤去除KBr,离心后得到α-CoO NSs。此外,研究人员利用温度控制来调节CoO纳米片中的原子结构,在较低温度(240 °C)下形成无序原子结构,而在较高温度(400 °C)下形成具有长程有序原子结构的结晶相(c-CoO NSs)。
2)X射线吸收光谱分析表明,非晶化后的氧化钴纳米片的配位结构和Co原子周围配位场的对称性发生了显著了的变化。密度泛函理论(DFT)研究进一步表明,非晶化引起的d轨道重新分布使更多的电子占据高能级,从而与多硫化物有较高的结合能,有利于吸附。
3)实验结果显示,具有非晶态氧化钴纳米片添加剂的锂硫电池正极具有出色的倍率性能和循环稳定性,在1 C下的初始容量为1248.2 mAh g-1,500次循环后的容量保持率为1037.3 mAh g-1。
参考文献
Li, R., Rao, D., Zhou, J. et al. Amorphization-induced surface electronic states modulation of cobaltous oxide nanosheets for lithium-sulfur batteries. Nat Commun 12, 3102 (2021)
DOI:10.1038/s41467-021-23349-9
https://doi.org/10.1038/s41467-021-23349-9