Adv. Funct. Mater.: 仿生分子催化剂促进锂硫电池中多硫化物转化

小学生

2020-07-13

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