目前Li–S電池的發展遭受各種棘手的挑戰，主要問題有：“穿梭效應”，多硫化鋰轉化的動力學緩慢，以及Li2S的不均勻成核。在這項研究中，基于二維（2D）材料的超晶格，設計了一種三合一的陰極主體，旨在解決這三個問題。交替堆放的Nb3O8納米片具有路易斯酸表面，而具有高電導率的還原氧化石墨烯（rGO）產生了獨特的超晶格結構，不回會自我堆疊，從而最大程度地提高了每個組分的固有優勢，達到最佳的協同效應。Nb3O8/rGO超晶格陰極主體具有高親和力，出色的催化活性，豐富的活性位點，高導電性等特點，有效地限制了多硫化鋰，并降低其轉化及Li2S成核時的過電位。高性能鋰硫電池在0.1C時初始容量達到為1529 mA h g-1，緩慢的容量衰減僅為0.064％。這項工作提供了一種異質組裝二維納米片陰極主體的新策略，為先進鋰硫電池打開了廣闊的前景。
Figure 1.（a）制備超晶格Nb3O8/rGO陰極的示意圖，和（b）超晶格Nb3O8/rGO在鋰硫電池應用中的優點。
Figure 2. （a）單層Nb3O8和（b）PDDA修飾的rGO納米片的AFM圖像和高度情況;（c）不同樣品的XRD圖比較; （d）S-Nb3O8/rGO的TEM圖像和（e）SAED模式。
Figure 3（a）不同樣品的XRD圖比較;（b）S@R-Nb3O8/rGO和S@S-Nb3O8/rGO的示意圖;（c-f）不同樣品的拉曼光譜比較。
Figure 4（a）0.1 mV s-1掃速下的CV曲線，（b）EIS曲線，（c）0.1C恒電流時的充電/放電曲線，（d）速率性能和（e）基于不同陰極的Li–S電池在1C電流時的循環性能比較。
該研究工作由日本材料科學研究所（NIMS）Takayoshi Sasaki課題組于2021年發表在Journal of Materials Chemistry A期刊上。原文：Three-in-one cathode host based on Nb3O8/graphene superlattice heterostructures for highperformance Li–S batteries。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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