低电解质/硫比(E/S)是促进锂硫电池(LSBs)获得理想能量密度的关键因素。然而,它同时也带来了许多问题,包括循环和储存过程中强烈的“穿梭效应”,以及限制了硫的利用。
近日,郑州大学王卓,邵国胜教授,武汉理工大学刘金平教授报道了以TiO2(TO)和NaOH为原料,在碳布上制备了Na2Ti6O13(NTO)阵列作为多功能主体,在低E/S条件下同时实现了长周期稳定性、持久的储存期和高的硫利用率。
文章要点
1)借助于理论计算、现场拉曼光谱和电化学测试,研究人员阐明了Na和Ti离子之间的协同配位不仅加速了PSs向不溶性硫化物的转化,从而有效地抑制了PSs的积累,而且极大地提高了含S物种与NTO之间的结合能,有助于防止PSs的歧化,保证了LSBs的持久储存期。此外,阵列结构实现了良好的电解质润湿性,并提供优化的传输路线,从而确保在低E/S下进行有效的电化学过程。
2)实验结果显示,基于高硫负载量(大于4 mg cm−2)的NTO/S正极的LSB在较低的E/S(5:1)下具有高的硫利用率、稳定的循环性能和较长的储存期。
研究工作表明,具有协同多离子吸附中心的阵列材料用于LSB很有前途的S主体材料。
参考文献
Junling Guo, et al, Array-Structured Double-Ion Cooperative Adsorption Sites as Multifunctional Sulfur Hosts for Lithium−Sulfur Batteries with Low Electrolyte/Sulfur Ratio, ACS Nano, 2021
DOI:10.1021/acsnano.1c05536
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05536