二硒化钨在锂硫电池中的应用

近日,山东大学熊胜林教授和奚宝娟副教授将二硒化钨(WSe2)片负载在氮(N)掺杂的石墨烯(WSe2/NG)上,作为硫(S)正极和锂(Li)负极的宿主,能进一步提高现有锂硫电池(LSBs)的容量、倍率性能、使用寿命和安全性等性能。该研究成果已以“WSe2 Flakelets on N-doped Graphene for Accelerating Polysulfide Redox and Regulating Li Plating”为题发表在Angew上。

二硒化钨在锂硫电池中的应用图片

LSBs因有能量密度高、对环境友好和生产成本相对低廉等优势,而被众多人认为有望成为下一代新型的储能体系。然而,在正极侧,硫和硫化锂的绝缘性、多硫化锂溶解引起的穿梭效应以及严重的体积膨胀,导致硫的利用率不高且容量不断下降。另外,LSBs中锂负极还会因沉积/溶解不均匀而引起锂枝晶,这将对电池的安全性造成损害;过量的锂虽然提高电池的电化学性能,但也会降低电池的能量密度。因此,对LSBs中的正负极进行综合设计和改进迫在眉睫。

为了解决现有锂硫电池的不足,山东大学研究者采用WSe2/NG作为双功能主体,应用于抑制LSBs中的多硫化锂穿梭和锂枝晶问题。研究表明,WSe2/NG能够有效抑制多硫化锂的溶解并催化其转化,从而减轻了穿梭效应并促进了氧化还原动力学;亲锂的WSe2/NG可以显着降低锂成核过电位,并实现均匀的锂沉积/剥离,以减缓锂枝晶生长。总的来说,构建的WSe2/NG基锂硫电池显示出优异的倍率性能和超长的循环寿命。

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WSe2/NG的制备:首先生成可溶性三聚氰胺羟甲基化合物,确保与石墨烯表面均匀接触;然后三聚氰胺甲醛树脂进一步聚合并与石墨烯表面上的W12O396-阴离子螯合;最后在Ar/H2气氛中硒化,即可获得WSe2/NG。

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