新型钼酸盐能缓解锂硫电池的不足

据悉,湘潭大学舒洪波教授课题组设计出了一种新型钼酸盐材料——NiMoO4纳米片锚定在氮硫共掺杂碳布上(NiMoO4@NSCC),其是一种3D层次结构材料,能有效缓解现有锂硫电池循环稳定性的不足。

新型钼酸盐能缓解锂硫电池的不足图片

锂硫电池因其高的理论比容量(1675mAh/g)和低成本,被认为是最具有发展前景的新一代储能系统之一。然而,低的硫负载量、硫的利用率不高、循环稳定性较差等因素成为它走向商业化应用的绊脚石。这些问题主要是由严重的穿梭效应和缓慢的反应动力学造成的。

为了克服上述问题,设计一种合理的材料既能保证对多硫化物的有效锚定,又能催化反应过程是十分重要的。另外,保证催化剂与多硫物种之间的较大接触面积和保证反应中的电子和离子传输也是十分重要的。

然而,现有的催化剂虽然能有效提高该蓄电池的性能,但是由于是单向催化剂,所以会导致死硫的形成。

为此,湘潭大学研究者研究出了一种双向催化剂——NiMoO4@NSCC,其既能加速多硫化物在放电过程中的还原反应动力学,又能提高Li2S在充电过程中的溶解和进一步氧化能力。

研究表明,NiMoO4由于嵌入了Mo原子而具有较强的金属性能,可以有效吸附多硫化物,减缓穿梭效应;NiMoO4显著的提高了锂硫电池决速步,降低了Li2S的分解势垒;NiMoO4延长了Li2S4的S-S键键长和Li2S的Li-S键键长,进而促进了充放电的过程中硫物种的氧化与还原。而具有机械柔性空间和丰富活性位点的开放互联的三维分层导电NiMoO4@NSCC不仅能容纳硫物种,还能促进电子/离子的快速转移,同时加速氧化和还原过程。因此,NiMoO4@NSCC/S电极具有良好的长周期循环稳定性。

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图2 (a) NiMoO4的电子态密度;(b) 硫物种与催化剂之间的结合能;(c) Li2S在NiO和NiMoO4上的分解势垒;(d) 分步歧化产物S8*、Li2S8*、Li2S6*、Li2S4*、Li2S2*、Li2S*在S转化反应中的自由能计算;(e) NiO和NiMoO4表面Li2S的S-S键长和Li-S键长


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