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花状多孔Ti3C2Tx基电极同步提升锂硫电池面积和体积容量编辑日期:2019-04-02 作者: 阅读次数:[关 闭]

由于正极材料硫具有高理论容量、低成本和环境友好等优势,锂硫(Li-S)电池在下一代储能系统中表现出很大的应用前景。为了采用传统浆料涂布技术制造高硫负载正极,一般的可利用如下两种策略:(1) 设计三维导电网络以解决在高硫含量条件下导电性问题;(2) 将纳米材料单元组装成微米尺寸的二级结构,构筑致密且高振实密度的正极,以增加颗粒堆积并降低空隙度。上述策略在一定程度上改善了面积硫负载量和相应的面积容量,但是大多数报道通常使用导电多孔纳米碳作为硫载体,然而由于碳材料的低极性和低的振实密度,使得体系在高硫负载下的体积能量密度和循环性能并不理想。因此,开发用于高面积和体积容量Li-S电池的高振实密度、极性和导电性的新型碳替代物非常重要。无机导电材料(如过渡金属硫化物、碳化物和氮化物)具有丰富的极性位点,可以很好地抑制正极中活性物质的流失。特别地,过渡金属碳/氮化物(MXene),因为其具有强的多硫化物吸附性、高导电性(104 S·cm-1)和高的振实密度是优先的候选物。


近日,温州大学杨植教授等报道了未加入任何碳导电添加剂的花状多孔Ti3C2Tx(FLPT)基正极系统,并在ACS Nano上发表了题为“Synchronous Gains of Areal and Volumetric Capacities in Lithium-Sulfur Batteries Promised by Flower-like Porous Ti3C2Tx Matrix”的研究论文。所得FLPT-S电极具有10.04 mAh·cm-2的高面积容量和2009 mAh·cm-3的超高体积容量。此外,非原位电子顺磁共振和紫外-可见光谱证明,FLPT能够在循环过程中实现S62-阴离子与S3·-自由基之间的快速动态平衡,从而促进硫物种的氧化还原反应。该研究为不含导电碳添加剂的MXene基高能量密度Li-S电池的设计提供了灵感。该方法有望扩展到其他高性能电极材料,如锂离子电池和超级电容器,从而为各种高性能储能系统的发展带来巨大希望。

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