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?北化工黃雅欽AFM:基于石墨碳氮化物的配位工程助力長壽命高容量鋰硫電池

?北化工黃雅欽AFM:基于石墨碳氮化物的配位工程助力長壽命高容量鋰硫電池
鋰硫(Li-S)電池因其超高的能量密度而受到學術(shù)界和工業(yè)界的極大關(guān)注。然而,包括鋰枝晶形成、多硫化物穿梭和硫反應(yīng)動力學遲緩在內(nèi)的技術(shù)挑戰(zhàn)限制了它們的循環(huán)壽命、倍率能力和平均容量,尤其是在高硫負載的情況下。
?北化工黃雅欽AFM:基于石墨碳氮化物的配位工程助力長壽命高容量鋰硫電池
圖1.?配位工程策略示意
北京化工大學黃雅欽等設(shè)計了一種基于富氮石墨氮化碳(g-C3N5)的配位工程策略,以有效應(yīng)對硫正極和鋰負極方面的挑戰(zhàn)。具體而言,這項工作在負極上應(yīng)用了一層新型富含N的石墨氮化碳(g-C3N5),其中的三配位N原子與Li+具有很強的親和力,可引導鋰沉積并有效抑制枝晶的形成。
此外,在正極上施加一層具有高活性雙配位N空位和氰基N原子的缺陷g-C3N5),其顯著吸附多硫化物并催化可逆轉(zhuǎn)化,以及Li2S的成核和溶解,從而在高硫負載下抑制多硫化物穿梭和提高動力學。
?北化工黃雅欽AFM:基于石墨碳氮化物的配位工程助力長壽命高容量鋰硫電池
圖2.?動力學研究
因此,這種基于g-C3N5的配位工程策略使鋰硫電池在4 C的高電流密度下,在400次循環(huán)中表現(xiàn)出高穩(wěn)定性和低容量衰減率(每循環(huán)0.03%),并使鋰硫軟包電池在9.02 mg cm?2的高硫負載下表現(xiàn)出11.69 mAh cm?2的高面容量,從而證明了鋰硫電池在實際應(yīng)用中的可行性。
?北化工黃雅欽AFM:基于石墨碳氮化物的配位工程助力長壽命高容量鋰硫電池
圖3.?鋰硫電池性能
Coordination Engineering Based on Graphitic Carbon Nitrides for Long-Life and High-Capacity Lithium-Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202313112

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