多硫化物的穿梭效應和緩慢的氧化還原動力學是制約鋰硫電池實際應用的主要障礙。在本研究中，我們報道了利用中空碳納米球(HCSs)、MXene納米片和CoO(OH)通過簡單的自組裝工藝制備的嵌入雙極金屬Ti和Co的陰極材料。由于雙極金屬相關活性位點引入的強化學吸附和高催化活性，HCS@Co MXene/S陰極的鋰電池與HCS/S和HCS@MXene/S陰極相比，電荷轉移電阻最低，倍率性能最好。此外，該電池具有1309 mA h g
-1的高初始放電容量，在0.5 C下循環300次后仍保持570 mA h g
-1。. 即使在1℃的放電電流下，電池在120次循環中仍保持728 mA h g
−1的可逆容量。因此，在雙極金屬包埋的情況下，鋰離子電池陰極的循環穩定性優于參考陰極。本研究結果為高性能鋰電池正極及其器件的簡易組裝提供了廣闊的前景。
圖1 HCS@Co MXene的修復過程示意圖。
圖2。光學圖像顯示HCS的水溶液在不同(a)0 h (b) 1h 靜止時間下的變化。 (c) HCS/H
2O和MXene/H
2O分散體系的Zeta電位。(d) HCS的FTIR光譜分析。
圖3 (a) 3D e-Ti
3C
2-1， (b) 3D e-Ti
3C
2-2和(c) 3D e-Ti
3C
2-3的形態演化示意圖。(d) 3D e-Ti
3C
2-1 (120 C)、3D e-Ti
3C
2-2 (150 C)和3D e-Ti
3C
2-3 (180 C)的TEM圖像。(h)三維e- Ti
3C
2-2的TEM圖像。(i)三維e-Ti
3C
2-2的HRTEM圖像，(j)傅里葉變換(FFT)模式、FFT反晶格圖像和選定區域的晶格間距剖面。(k)三維e-Ti
3C
2-2微球橫斷面上的高角度環形暗場掃描透射電子顯微鏡(HAADF-STEM)圖像。(l)三維e-Ti
3C
2-2微球的元素映射。
圖4。(a) HCS、HCS@Co MXene和HCS@Co MXene/S的XRD和(b)拉曼光譜。(c) N
2吸附/脫附等溫線和(d) HCS@Co MXene和HCS@Co MXene/S孔徑分布。
圖5。(a) HCS@Co MXene/S的XPS譜和(b) C 1s， (C) O 1s， (d) S 2p， (e) Ti 2p， (e) Co 2p的高分辨率譜。
圖6。(a) CV曲線，(b)速率性能，(c)不同陰極第一循環后的交流阻抗。(d) HCS@Co MXene/S在不同周期下的交流阻抗圖。
圖7 HCS@Co MXene/S陰極在0.5 C時100次循環后的充放電曲線(a)和1 C時不同循環的充放電曲線(b)。不同陰極在(C) 0.5 C和(d) 1 C時的循環性能。
圖8。HCS、HCS@MXene和HCS@Co MXene對Li
2S
6溶液的紫外-可見吸附光譜。
相關科研成果由相關科研成果由合肥工業大學Fancheng Meng等人于2021年發表在ACS Applied Energy Materials (https://pubs.acs.org/10.1021/acsaem.1c02449)上。原文：Self-Assembled Bipolar Metals with Hollow Carbon Spheres for High-Performance Li−S Battery Cathodes。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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