鋰硫電池因其高理論比容量和高能量密度而被認為是一種有前景的儲能系統，然而鋰硫電池在商業化道路上仍面臨許多嚴峻挑戰，包括多硫化鋰的穿梭效應、其絕緣性質、充放電過程中活性材料的體積變化以及緩慢的硫氧化還原動力學。本工作將雙過渡金屬氧化物TiNb
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7(TNO)納米粒子巧妙地沉積在活性炭布(ACC)表面，通過水熱反應和高溫煅燒活化表面，最終形成柔性自支撐結構，作為硫轉化反應的有效催化劑。研究發現，ACC@TNO具有許多催化活性位點，通過促進LiPS轉化反應的氧化還原反應動力學，可以抑制LiPS的穿梭效應，提高庫侖效率。因此，ACC @ TNO/硫陰極表現出令人印象深刻的電化學性能，包括在1℃的高速率下885毫安時的高初始放電容量，200次循環后825毫安時的高放電比容量，突出的容量保持率為93%，以及每循環0.034%的小衰減率。雖然TNO廣泛應用于鋰離子電池和其他可充電電池領域，但它首先作為硫主體材料引入，以促進LiPS轉化反應的氧化還原反應動力學，并提高鋰硫電池的電化學性能。因此，研究TNO對鋰硫電池鋰鉛蓄電池化學吸收和催化轉化的協同效應，為進一步提高鋰硫電池的綜合電化學性能提供了一個很好的策略。
圖1. (a) ACC@TNO/S制備過程原理圖； (b)具有互連結構的ACC@TNO的SEM圖像； (c) ACC、(d)CC@TNO和(e)ACC@TNO的SEM 圖像；(f)樹干上苔蘚的照片；(g)ACC@TNO的高倍SEM圖像；(h) ACC@TNO/S的圖片：折疊、扭曲、滾動和舒展。
圖 2. (a) ACC和ACC@TNO 復合材料的XRD譜圖和 (b) ACC@TNO、(c) Ti 2p、(d) O 1s、(e)C 1s和(f)Nb的精細 XPS 3d光譜。
圖3。(a)ACC @ TNO/Li
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6和ACC/Li
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6的紫外-可見吸收光譜(圖示顯示了吸附現象的比較)，(b)ACC @ TNO-Li
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6的S2p的高分辨率XPS光譜，(c)ACC @ TNO吸收Li
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6溶液前后的Ti 2p和(d) Nb 3d的XPS測量光譜，(e)ACC/S和ACC@TNO/S的XRD圖像，以及(f)ACC/S和ACC@TNO/S的TGA曲線。
圖 4.(a)ACC/S、(b)ACC@TNO/S、(c) ACC/S和ACC@TNO/S在0.2 mV s
−1時的CV曲線；(d) ACC/S和ACC@TNO/S在0.2 C時的第一次充放電曲線；(e)ACC@TNO/S 和 ACC/S 的 EIS 曲線；(f)ACC和ACC@TNO對稱電池的CV曲線。
圖5. (a) ACC/S和(b) ACC@TNO/S不同掃描比下的CV曲線以及(c) ACC/S和(d) ACC@TNO/S的峰值電池電流線性圖。
圖 6. (a) ACC/S和(b)ACC@TNO/S不同倍率下的GCD曲線以及 (c) ACC/S 和(d) ACC@TNO/S 在不同循環下的典型充放電曲線。(e) 合成材料的倍率性能，正極在(f) 0.2 C 和 (g) 1 C 下的循環性能，以及(h)ACC@TNO/S 在0.2 C下的面積容量。
相關科研成果由湘潭大學Manfang Chen和Xianyou Wang等人于2021年發表在ACS Applied Materials & Interfaces（https://doi.org/10.1021/acsami.1c21373）上。原文：Engineering a TiNb
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7-Based Electrocatalyst on a Flexible Self-Supporting Sulfur Cathode for Promoting Li-S Battery Performance。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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