催化+锂硫,顶刊不用愁!
明月 纳米人 2018-10-17

自古以来,电催化和电池之间就难舍难分。一方面,燃料电池、金属空气电池中的电化学反应,需要设计优异的电催化剂;另一方面,锂电池中的化学策略也被用来调控各种电催化性能。作为新一代高能电池,锂硫电池的研究几乎全部集中于提高导电性、减少硫流失、抑制穿梭效应以及锂枝晶、体积膨胀等问题。然而,锂硫电池中的电催化行为,则鲜为人知!

 

而现在,电催化也开始全面携(ru)手(qin)锂硫/钠硫电池了。近期多项重要成果表明,电催化可以有效提高锂硫/钠硫电池性能。电催化和电池这对CP,更加亲上加亲了。

  

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锂硫电池中的电催化现象,早有报道,但是罕有研究。2018年8月12日,Arumugam Manthiram课题组报道,通过简单的催化剂辅助工艺,在碳纳米纤维上原位生长了碳化硼纳米线(B4C@CNF)制得锂硫电池正极材料。作为化学锚定中心的B4C纳米线不仅增强了多硫化物吸附性,还通过催化作用增强了多硫化物转化的氧化还原动力学,极大地提高倍率性能。 

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2018年9月25日,耶鲁大学王海良团队报道,在贫电解质(低的电解质/硫比率:E/S)条件下,MoP纳米颗粒对锂硫电池表现出显著的电催化作用,加速硫的电化学转化反应,提高反应的可逆性,使LPS动态溶解,并通过“死”硫形成来抑制活性物质的损失,致使充放电过电位明显降低,可逆容量更高,循环寿命更长。

 

在0.8 mA cm-2电流密度下,E/S降为6时,常规锂硫电池平均充放电电压滞后增加到0.43 V,而含有MoP纳米颗粒的硫电极电压滞后降低至0.18 V,其比容量为850 mAh g-1(硫负载=4.0 mg cm-2),当E/S=4时,面积比容量仍可达到5.0 mAh cm-2(比容量为826 mAh g-1)。 

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随后,澳大利亚卧龙岗大学Yun-Xiao Wang和侴术雷团队于2018年10月4日报道,负载原子级Co的空心碳纳米球可作为高效的硫载体材料。原子级Co可以快速电催化Na2S4还原为最终产物Na2S,这种电催化反应可有效减缓循环过程中Na2S4的溶解,抑制钠硫电池中的穿梭效应。 

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接着,清华大学张强和香港理工大学劉樹平团队于2018年10月9日报道,黑磷量子点电催化可以有效抑制锂硫电池穿梭效应。研究发现,BP量子点催化活性位点对LiPS的强吸附和快速转化促进了Li2S的3D沉积,强大的力量让它无法选择生长方向。与常规2D沉积相比,这种3D结构使得LiPS在正极中的使用率更高,因此更有效地抑制LiPS向电解质的扩散。 

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锂硫电池中的电催化潜力,正在不断被挖掘。


你,是否要开始行动了!

 

参考文献:

1. Y. Yang, Y. Zhong, Q. Shi, Z. Wang, K. Sun, H. Wang, Electrocatalysis in LithiumSulfur Batteries under Lean Electrolyte Conditions[J], Angew. Chem. Int. Ed.2018

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201808311

2. L. Luo, S.H. Chung, H.Y. Asl, A. Manthiram, Long‐Life Lithium–Sulfur Batteries with a Bifunctional Cathode Substrate Configuredwith Boron Carbide Nanowires[J]. Adv. Mater. 2018

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201804149

3. B.W. Zhang, T. Sheng, Y.D. Liu, Y.X. Wang, L. Zhang, W.H. Lai, L. Wang, J. Yang, Q.F. Gu, S.L. Chou, H.K. Liu, S.X. Dou, Atomiccobalt as an efficient electrocatalyst in sulfur cathodes for superiorroom-temperature sodium-sulfurbatteries[J], Nature Communications, 2018.

https://www.nature.com/articles/s41467-018-06144-x

4. Z.L. Xu, S. Lin, N. Onofrio, L. Zhou, F. Shi, W. Lu, K. Kang, Q. Zhang, S.P. Lau, Exceptional catalytic effects of blackphosphorus quantum dots in shuttling-free lithium sulfur batteries[J], Nature Communications, 2018.

https://www.nature.com/articles/s41467-018-06629-9

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