由于可溶性聚硫鋰(LiPSs)的穿梭效應(yīng)，高面積容量鋰硫電池的實際應(yīng)用仍是一個難題。本文采用一種簡單的反相方法，制備了一種用于高面積容量鋰硫電池的裝載了完全分散的單層MXene的分層多孔膜。三維分層多孔結(jié)構(gòu)可以加強Li
+和電子傳輸，適應(yīng)硫的體積膨脹，使硫負(fù)載高，并為LiPSs錨定提供充足的活性位點。更重要的是，Ti
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x納米片在框架中均勻分散，防止了MXenes層的重新堆積，充分利用了納米片的兩面，從而進(jìn)一步提高了Li
+的擴散，豐富了LiPSs的吸附催化活性位點。得益于上述多路復(fù)用功能，Li-S電池在高硫負(fù)載下具有較高的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。提出的策略為設(shè)計高面積容量鋰硫電池的新型正極材料提供了啟發(fā)。
圖1 (a-b)多層Ti
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x和Ti
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x-CNT@C膜的示意圖。(c) NC、Ti
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2-F和Ti
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2-O的態(tài)密度。(d) Li+離子在多層Ti
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x的S/C漿液和Ti
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x-CNT@C膜中穿過電解質(zhì)的自由能。(e, f) Li+在NC、Ti
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2-F、Ti
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2-O及其優(yōu)化的Li
+擴散結(jié)構(gòu)表面擴散的能量分布。
圖2. (a)多層Ti
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x和(b)單層Ti
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x的SEM圖像。(c)分層Ti
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x納米片的TEM圖像。 (d)單層Ti
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x的HRTEM圖像。(e-f) Ti
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x-CNT@C膜的截面SEM圖像。(g) Ti
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x-CNT@C膜的EDX圖像。(h) Ti
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x-CNT@C膜的TEM圖像，(i) EDX映射的STEM圖像，表明Ti
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x-CNT@C膜的(j) C， (k) N， (l) O， (m) F和(N) Ti元素的分布。
圖3 (a) Ti
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2、Ti
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x納米片和Ti
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x-CNT@C膜的XRD圖。(b)拉曼光譜，(c) Ti
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x-CNT@C和CNT@C膜的氮吸附-解吸等溫線。(d) C 1s， (e) N 1s， (f) Ti 2p循環(huán)前后和(g) Li 1s和(h) s2p循環(huán)Ti
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x-CNT@C膜前后的XPS光譜。(i)具有CNT@C和Ti
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x-CNT@C膜粉末的Li2S6和Li2S6的UV-Vis光譜。(j) LiPSs在不同界面上的吸附能。(k-m) NC、Ti
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2-O和Ti
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2-F與Li2S6的電荷密度。
圖4. (a)掃描速率為0.1 mV s
−1時Ti
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x-CNT@C、CNT@C和多層Ti
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x的CV曲線。(b-c) 0.5 C下典型循環(huán)恒流充放電曲線和放大放電曲線。(d) 4個單元的速率性能。在(e) 0.2 C， (f) 0.5 C， (g) 1.0 C和(h) 2.0 C的循環(huán)性能。硫負(fù)荷為1.2 mg cm
-2。(i)以Ti
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x-CNT@C膜為陰極的Li-S電池在0.2 C下在不同硫負(fù)荷下的重量容量和(j)面積容量。
圖5。(a)具有不同膜的對稱細(xì)胞的CV曲線。(b, c) Ti
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x-CNT@C和CNT@C電池在2.05 V的恒電位放電曲線。(d) 二次陰極還原過程的Tafel圖。(e)不同膜的電池EIS光譜，(f) Z1與ω−0.5在低頻區(qū)的關(guān)系。(g) Li2S在n -石墨烯、Ti
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2-O和Ti
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2-F表面上解離的能量分布，以及(h-j)優(yōu)化的三種表面結(jié)構(gòu)。(k) n -石墨烯、Ti
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2-O和Ti
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2-F表面充電過程的能量分布。
相關(guān)科研成果由大連理工大學(xué)化工學(xué)院精細(xì)化工國家重點實驗室Xiangcun Li等人于2022年發(fā)表在Energy Storage Materials (https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.08.048)上。原文：Dispersing Single-Layered Ti
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X Nanosheets in Hierarchically-Porous Membrane for High-Efficiency Li
+ Transporting and Polysulfide Anchoring in Li-S Batteries。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
