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呂偉、趙世璽、曹?chē)?guó)忠Nano Energy：晶界調(diào)控Li2S沉積以穩(wěn)定鋰硫電池

催化是抑制鋰多硫化物（LiPSs）穿梭的根本解決方案，對(duì)于高能量密度鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。然而，電子和離子絕緣Li₂S的不可控沉積總是鈍化催化劑表面，從而難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)化。

清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院呂偉、趙世璽、華盛頓大學(xué)曹?chē)?guó)忠等提出了一種通過(guò)在催化劑中引入晶界（GBs）來(lái)調(diào)節(jié)Li₂S沉積以避免催化劑表面鈍化的有效方法。

圖1 材料制備及表征

在此，作者制備了具有豐富、易接近GBs的MoN-Mo₂N異質(zhì)結(jié)構(gòu)空心微球以作為模型。結(jié)果表明，GBs作為二維成核中心，可引導(dǎo)Li₂S在其周?chē)焖俪珊撕腿S沉積，從而避免在其表面形成致密的Li₂S涂層。因此，實(shí)現(xiàn)了具有增強(qiáng)轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)的高容量Li₂S沉積。

圖2 GBs對(duì)Li₂S成核和沉積過(guò)程的調(diào)控

結(jié)果，由上述催化劑和碳納米管組成的夾層有效地抑制了LiPSs的穿梭，并促進(jìn)了它們的快速轉(zhuǎn)化，從而使組裝電池在1 C下800次循環(huán)中每循環(huán)的容量衰減率低至0.049%。在0.5 C和較高硫負(fù)載（4.7 mg cm-2）條件下，200次循環(huán)后的容量保持率也可達(dá)到77.2%。

圖3 鋰硫電池電化學(xué)性能

Regulating the Li₂S Deposition by Grain Boundaries in Metal Nitrides for Stable Lithium-Sulfur Batteries. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106669

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