AFM: 基于双功能铌的异质结构纳米片，实现高效贫电解质锂硫全电池

newbee

2021-04-28

锂-硫（Li-S）电池具有极高的理论能量密度（≈2500 Wh kg^-1），并且硫正极-电解质和锂（Li）负极-电解质界面处具有高度可逆和高效的反应。电极材料的物理化学性质会显著影响Li-S电池多相反应的可逆性和动力学。另外，由于硫正极不可逆的多硫化锂（LiPSs）“穿梭效应”导致的容量下降，以及锂金属负极体积变化和枝晶问题严重阻碍了锂硫电池的商业推广。高效率的锂硫电池高度依赖于先进的电极结构，以求在稀电解质条件下实现高硫利用率。基于此，中国科学院大连化学物理研究所吴忠帅研究员等人开发了孪生多孔Nb₄N₅–Nb₂O₅异质结用作双功能主体，可实现高性能的锂硫电池。

文章要点

1）二维多孔Nb₄N₅–Nb₂O₅异质结能够作为双官能团材料抑制硫正极的穿梭效应和锂负极的枝晶，实现了长循环，高容量和高倍率的Li–S全电池。

2）强锚定作用的Nb₂O₅和电子导电的Nb₄N₅结合起来有效地完成了LiPSs的固定-扩散-转化，因此成功抑制了LiPSs的穿梭并促进了它们的反应动力学。

3）通过亲硫的Nb₄N₅–Nb₂O₅离子再分配结构，有效降低了电流密度，使得锂离子通量均匀分散。

4）组装的Nb₄N₅–Nb₂O₅/Li||Nb₄N₅–Nb₂O₅/S电池表现出优异的电化学性能，包括出色的容量保持能力，在1000次循环中的容量衰减率低至0.025％，在高达6.9 mg cm^-1的高硫载量下的面容量为5.0 mAh cm^-2。

参考文献

Haodong Shi, et al. Interfacial Engineering of Bifunctional Niobium (V)‐Based Heterostructure Nanosheet Toward High Efficiency Lean‐Electrolyte Lithium–Sulfur Full Batteries. Adv. Funct. Mater. 2021, 2102314.

DOI: 10.1002/adfm.202102314

https://doi.org/10.1002/adfm.202102314