摘要：作为锂离子电池（LIB）的潜在替代品，锂硫电池（LSB）具有理论能量密度高、循环寿命长的特点。然而，硫和 Li2S2/Li2S 的导电性差、多硫化物的穿梭效应以及缓慢的转化动力学一直是 LSBs 发展的障碍。本文，西安交通大学
1成果简介
作为锂离子电池（LIB）的潜在替代品，锂硫电池（LSB）具有理论能量密度高、循环寿命长的特点。然而，硫和 Li2S2/Li2S 的导电性差、多硫化物的穿梭效应以及缓慢的转化动力学一直是 LSBs 发展的障碍。本文，西安交通大学
Hong Jin、 Hui Xu等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Three dimensional topological porous carbon/carbon nanotube/graphene matrix decorated with CoFe alloy for lithium sulfur batteries”的论文，研究提出提出了掺氮的CoFe碳管和分层多孔碳@氧化石墨烯（CoFe-NCNT&HC@GO）来提高硫电极的导电性、减轻穿梭效应并增强其电化学动力学。应用这种三维拓扑基质作为硫宿主和分离改性剂，制备的 LSB 在电流密度为2Ag-1 的条件下循环130次后，容量达到1130mAh g-1；循环500次后，容量保持在900mAh g-1 左右，平均库仑效率为99.8%，容量衰减率为0.062%/次。研究结果表明，这种三维基质具有很强的结构稳定性、高导电性和高效催化能力，为高性能锂硫电池提供了一种潜在的解决方案。
2图文导读
图1. Schematic illustration of the CoFe-NCNT&HC@GO functionality process.
图2. The microscopic structures of CoFe-NCNT&HC@GO, (a) (b), (c) and (d) CoFe-NCNT&HC@GO TEM images; (e) Elemental surface scan images of CoFe-NCNT&HC@GO.
图3. (a) CoFe-NCNT@NHC@GO TEM; (e) Elemental surface scans of samples.
图4. Characterization of matrix composition of CoFe-NCNT@NHC@GO samples (a) XRD plots; (b) Raman spectra; (c-f) XPS characterization of each elemental spectra and their fitted plots; (g) isothermal adsorption-desorption curves of the BET test data plots; (h) pore size distribution plots.
图5. (a) Constant-current charge/discharge test plot of CoFe-NCNT&HC@GO/S/PP, CoFe-NCNT&HC@GO/S and GO/S (current density 0.1 A g-1 ); (b) multiplicity performance plot; (c) cyclic voltammetry (CV) curve for GO/S; (d) CV curve for CoFe-NCNT&HC@GO/S; (e) CV curve for CoFe-NCNT&HC@GO/S/PP; Electrochemical performance plots of CoFe-NCNT&HC@GO/S/PP, CoFe-NCNT&HC@GO/S and GO/S (f) Charge-discharge curves (0.1 A g-1 -2.0 A g-1) and (g) Cycling performance plots (current density 2.0 A g-1).
3小结
综上所述，我们开发了一种基于拓扑结构的设计方法来优化碳/金属化合物的结构稳定性、化学吸附能力和催化活性。通过将 CoFe-NCNT&HC@GO 应用于 LSB 的阴极和分离器，LSB 中硫阴极的氧化还原动力学显著增强。制备出的 LSB 具有很高的循环稳定性，在 130 次循环后可达到 1130 mAh g-1 的高容量。此外，在循环 500 次后，容量仍保持在 900 mAh g-1 左右，每次循环的平均库仑效率和容量降低率分别为 99.8% 和 0.062%。这种优异的循环性能归功于三维拓扑碳结构和均匀分布的 CoFe 纳米颗粒，它们为锂离子电池提供了足够的催化中心和吸附位点。这为实现长循环高容量的高性能锂硫电池提供了可能。同时，本研究为探索三维拓扑碳多功能双金属合金复合材料作为高性能锂硫电池的先进电催化剂提供了一种潜在的解决方案。
文献：
来源：材料分析与应用
来源：石墨烯联盟
