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[转载]NCM研究论文丨黑龙江科技大学武立立:碳纳米管承载MoSe2纳米片作为锂硫电池的夹层材料

已有 739 次阅读 2021-3-22 10:11 |个人分类:期刊|系统分类:科普集锦|文章来源:转载

锂离子电池在电子产品中发挥着重要作用,已成为人们日常生活的主要“能量源”。然而随着移动电子设备、电动汽车和智能电网等对高能量密度电池体系需求的不断扩大,传统锂离子电池受到其较低的理论比容量的限制,已难以满足社会发展的长远需求。锂硫电池的理论比容量为1675 mAh g-1远高于传统锂离子电池,是极具应用前景的下一代电池体系,成为目前高比能储能领域的前沿研究热点。多硫化锂的穿梭效应是锂硫电池的致命瓶颈,可导致电池的库仑效率低,自放电高,倍率性能差,循环稳定性差等问题,严重阻碍了锂硫电池的商业化进程。抑制多硫化锂的穿梭效应的研究主要集中在设计合理的正极结构、使用功能化隔膜和保护金属锂负极三个方面。

黑龙江科技大学武立立教授和哈尔滨师范大学张喜田教授,在《新型炭材料》发表研究论文“Carbon nanotube-supported MoSe2 nanoflakes as an interlayer for lithium-sulfur batteries”,通过一步水热合成法将MoSe2原位生长在碳纳米管表面上,然后经真空抽滤将MoSe2/CNT修饰到商业PP隔膜上,构建对多硫化物既具有物理阻挡作用又具有强化学锚定功能的MoSe2/CNT-PP复合隔膜,有效地抑制了抑制多硫化锂的穿梭效应的发生。使用MoSe2/CNT-PP复合隔膜的锂硫电池表现出良好的电化学性能,电池比容量在电流密度为0.1 C时达到1485 mAh g-1,在2 C高电流密度下仍能保持在880 mAh g-1,循环300次后每圈容量的衰减率仅为0.093%

该工作的主要研究亮点包括以下3个方面:

1. 通过简单的水热法构建MoSe2/CNT复合结构,用于制备锂硫电池的MoSe2/CNT-PP功能化隔膜。

2. MoSe2CNT协同作用,有效抑制多硫化锂的穿梭效应。其中,CNT具有良好的导电性和较高的表面积,不仅可作为电荷传输的快速通道,还对多硫化锂的穿梭起到了物理阻挡的作用;MoSe2均匀地修饰在CNT表面,对多硫化锂具有化学强吸附作用。

3. 使用MoSe2/CNT-PP隔膜的电池展现出改善的倍率性能和循环稳定性,电池比容量在电流密度为0.1 C时达到1485 mAh g-1,在2 C高电流密度下仍能保持在880 mAh g-1,循环300次后每圈容量的衰减率仅为0.093%

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1  MoSe2/CNTs-PP隔膜的制备过程。

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2  (a) MoSe2/CNTsXRD谱图和(b)SEM照片(插图为相应的EDX)

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3  MoSe2/CNTs(a, c)HRTEM照片和(b) SAED照片。

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4  PP隔膜, M-PP隔膜和M/C-PP隔膜电池: (a)循环伏安曲线图,(b) EIS图,(c) 0.1 C电流密度下的充放电曲线,(d) 0.1 C电流密度下的循环性能,(e)倍率性能,(f) 0.5 C电流密度下的循环性能。

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5  0.5 C电流密度下循环100次后 (a)Li片,(b)使用M/C-PP隔膜的Li片和 (c)使用PP隔膜的Li片的照片,(d)MoSe2/CNTSEM照片和元素分布图,(e) M/C-PP隔膜在0.5 C下循环100次后的SEM照片和元素分布图,(f)分别装有CNTMoSe2MoSe2/CNTLi2S6溶液的照片,(g)炭纸和MoSe2/CNT-炭纸的对称电池的CV曲线,(h) MoSe2/CNT对多硫化物的吸附和催化作用。

文章信息  New Carbon Materials

SHAO Zhi-tao, WU Li-li, YANG Yue, MA Xin-zhi, LI Lu, YE Hong-feng, ZHANG Xi-tian. Carbon nanotube-supported MoSe2 nanoflakes as an interlayer for lithium-sulfur batteries. New Carbon Materials, 2021, 36(1): 219-226.

国内版链接:http://xxtcl.sxicc.ac.cn/cn/article/doi/10.1016/S1872-5805(21)60015-X

国际版链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S187258052160015X

期刊网站:http://xxtcl.sxicc.ac.cn/    

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通讯作者简介:

武立立,黑龙江科技大学工程训练与基础实验中心教授,硕士生导师。近年来主要从事能源存储器件及其电极材料方面研究。发表SCI收录论文40余篇,国家发明授权4项,主持完成国家自然科学基金2项,获得黑龙江省科学技术二等奖1项,入选黑龙江省普通高等学校新世纪优秀人才培养计划。

张喜田,哈尔滨师范大学物理与电子工程学院教授,龙江学者特聘教授,博士生导师。近年来,研究工作集中在能源储存材料的科学设计、合成及储能器件(锂硫电池)方面。在Adv. Mater.等学术期刊发表SCI收录文章150余篇,主持完成国家自然科学基金等课题20余项,荣获黑龙江省科学技术一等奖等省部级奖多项。




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