AFM：拓扑化学自氮化实现的一种内置异质结构的多室主体架构用于可充电锂化硅-多硫化物全电池

Nanoyu

2021-06-20

金属氮化物基异质结构已成为锂硫电池中有效的多硫化物介体。然而，迄今为止，这些异质结构的发展主要依赖于以腐蚀性NH₃或合成含氮试剂为氮源的高温氨化，这会导致潜在的环境危害，以及额外的技术挑战。

近日，四川大学吴昊教授，郭俊凌教授，张云教授报道了设计了一种内嵌TiN/TiO₂异质结构构型的基于天然结构蛋白的多室碳纳米纤维主体结构。

文章要点

1）研究人员在不添加任何氮源的情况下，将天然富氮生物前驱体在热致拓扑化学自氮化的作用下在碳纳米纤维中自发生成TiN/TiO₂异质结构。

2）理论计算结合非原位/原位实验证实了极性TiN/TiO₂异质界面上的强陷阱和增强的电荷转移，同步实现了多硫化物的锚定-扩散-转化。此外，具有丰富内部空隙和高导电性的多室主体结构保证了液态Li₂S₆正极的容纳性，同时确保了电池可以在贫电解液中工作。

3）实验结果显示，设计的锂多硫化物电池在500次循环中表现出0.023%的超低容量衰减率以及高S负载下（5.8 mg cm^-2）的极高面容量（6 mAh cm^-2）。重要的是，基于锂化硅负极和多硫化物正极巧妙配置的全电池即使在低负/正容量比（1.18）下也能够获得可观的循环性能和高能量密度。

这项工作有望为开发实用的基于锂电极的高能量密度锂硫电池提供新的途径和应用前景。

参考文献

Yunhong Wei, et al, A Heterostructure-In-Built Multichambered Host  Architecture Enabled by Topochemical Self-Nitridation for Rechargeable Lithiated Silicon-Polysulfide Full Battery, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202103456

https://doi.org/10.1002/adfm.202103456