1. Adv. Mater.: 新型高供體數(shù)鋰硫電池電解液
在鋰硫電池中，多硫化鋰作為連接正極氧化態(tài)物種硫和還原態(tài)物種硫化鋰的橋梁，起到了重要作用。由于在實(shí)用電池中電解液用量很小，多硫化鋰溶解度有限，因此會(huì)造成硫利用率低等問(wèn)題。近日，韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)的Kookheon Char和Jang Wook Choi課題組使用酰胺類(lèi)高供體溶劑為鋰硫電池電解液，實(shí)現(xiàn)了貧液鋰硫電池的高能量密度。
本文要點(diǎn)
1) 首次提出以1,3-二甲基-2-咪唑啉酮（DMI）為鋰硫電池溶劑。DMI對(duì)多硫化鋰溶解度高，且二者不發(fā)生反應(yīng)；
2) 作者使用0.5 M LiNO3作為添加劑來(lái)穩(wěn)定鋰負(fù)極，以提升鋰硫電池循環(huán)性能；
3) 在5 μL/mg(s)的液硫比，0.03 C倍率條件下，電池展示出1595 mAh/g的比容量，80周循環(huán)后容量保持率為59.6 %。
參考文獻(xiàn)：
M. Baek et al. New High Donor Electrolyte for Lithium–Sulfur Batteries, Adv. Mater., 2020
DOI: 10.1002/adma.202005022
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202005022
2. 劉忠范院士AM：用于Li-S電池的高效多硫化物固定劑和鋰穩(wěn)定劑V8C7-VO2雙功能支架的三維打印
鋰硫（Li-S）電池因其成本低、能量密度高而引起了人們的極大興趣。然而，嚴(yán)重的多硫化物的穿梭效應(yīng)和鋰枝晶不可控生長(zhǎng)都極大地阻礙了Li-S電池的商業(yè)化進(jìn)程。近年來(lái)，用來(lái)同時(shí)調(diào)控多硫化物行為和抑制鋰枝晶生長(zhǎng)的合理方法得到了迅速發(fā)展。然而，高性能鋰硫電池的主要障礙仍然在于有限的雙功能材料候選材料，以及缺乏有效可定制設(shè)備的先進(jìn)技術(shù)。近年來(lái)，3D打印(3DP)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，極大地促進(jìn)了儲(chǔ)能和生物醫(yī)學(xué)電子領(lǐng)域的設(shè)備創(chuàng)新。
有鑒于此，北京大學(xué)劉忠范院士，蘇州大學(xué)孫靖宇教授報(bào)道了一種“二合一”的策略，通過(guò)3DP技術(shù)來(lái)制備V8C7-VO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)支架，作為高性能Li-S電池的雙效多硫化物固定劑和鋰枝晶抑制劑。
文章要點(diǎn)
1）研究人員從NH4VO3，葡萄糖和尿素前體開(kāi)始，通過(guò)將簡(jiǎn)單的退火工藝與水熱反應(yīng)相結(jié)合，成功生產(chǎn)出V8C7–VO2納米花。所獲得的材料作為關(guān)鍵的3DP油墨配方。接下來(lái)，利用硫胺化學(xué)路線，將硫納米顆粒負(fù)載到V8C7–VO2上，形成V8C7–VO2/S。在整個(gè)基于擠壓的3DP策略中，可以以便捷，可控制和可擴(kuò)展的方式精確地構(gòu)建各種形狀的定制架構(gòu)。
2）基于該策略設(shè)計(jì)的V8C7-VO2極性和導(dǎo)電異質(zhì)結(jié)構(gòu)能夠提供很強(qiáng)的捕獲性和多硫化物的快速轉(zhuǎn)化。此外，這種具有親鋰性質(zhì)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)將誘導(dǎo)Li的均勻生長(zhǎng)，從而有效地降低成核過(guò)電勢(shì)，抑制枝晶的形成。
3）得益于3DP -V8C7-VO2支架的大孔體積、高電導(dǎo)率和暢通的離子傳輸路徑，所研制的3DP-V8C7-VO2/S電極具有優(yōu)異的倍率性能（6.0 C 下的容量達(dá)到643.5 mAh g?1），良好的循環(huán)穩(wěn)定性（4 C下，經(jīng)過(guò)900次循環(huán)后，每循環(huán)的容量損失僅為0.061%）。令人激動(dòng)的是，與兩個(gè)3DP主機(jī)集成的Li-S電池在高硫負(fù)荷下實(shí)現(xiàn)了高面積容量（7.36mAh cm?2，硫負(fù)荷為9.2 mg cm?2，CE超過(guò)99.7%）。此外，將3DP-V8C7-VO2/S||3DP-V8C7-VO2@Li直接用作手環(huán)電池時(shí)，可以成功為電子手環(huán)表供電，從而為可穿戴能源應(yīng)用帶來(lái)了無(wú)限希望。
Jingsheng Cai, et al, 3D Printing of a V8C7-VO2 Bifunctional Scaffold as an Effective Polysulfide Immobilizer and Lithium Stabilizer for Li–S Batteries, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202005967
https://doi.org/10.1002/adma.202005967
3. 河南大學(xué)ACS Nano：內(nèi)建晶面自調(diào)節(jié)以選擇性S/Li2S轉(zhuǎn)換用于高體積能量密度鋰硫電池
重量、面積和體積容量對(duì)二次電池的市場(chǎng)占有率具有重要影響。盡管碳質(zhì)材料在改善鋰硫電池的重量和面容量方面處于領(lǐng)先地位。但其也存在一些固有的缺陷，如對(duì)多硫化鋰（LiPS）的固定不充分，振實(shí)密度低，體積性能差以及循環(huán)性能差等。
近日，河南大學(xué)肖助兵教授報(bào)道了一種共晶鹽-佐劑固相合成方法，以在相對(duì)較低的溫度下制備具有高振實(shí)密度的金屬ZrB2納米片。
文章要點(diǎn)
1）結(jié)合第一性原理計(jì)算和光譜學(xué)研究，研究人員證實(shí)了在局部暴露的B和Zr位置上內(nèi)置的Li-S電化學(xué)Janus晶體刻面自介導(dǎo)行為，其中帶負(fù)電的B位置主要介導(dǎo)了放電過(guò)程，而帶正電的Zr原子可在充電過(guò)程中將LiPS進(jìn)一步氧化為最終產(chǎn)物S，即使在高電流密度和高硫負(fù)荷下，也能實(shí)現(xiàn)高硫利用率。
2）與先前通過(guò)非特異性介導(dǎo)行為捕獲LiPS的策略不同，這種策略對(duì)Li-S電化學(xué)的選擇性催化性能非常有效。結(jié)果顯示，所制備的緊密堆積的ZrB2-S電極可提供8.5 mAh cm-2的高面積容量和533 Wh L-1的電池級(jí)體積能量密度，以及7.8 mg cm-2的高硫負(fù)載量和超低電解質(zhì)劑量。
這項(xiàng)工作提出了從電池級(jí)角度開(kāi)發(fā)高性能Li-S電池的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
Tianli Wu, et al, Selective S/Li2S Conversion via in-Built Crystal Facet Self-Mediation: Toward High Volumetric Energy Density Lithium?Sulfur Batteries, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c04933
https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c04933
4.用Co9S8@MoS2核?殼結(jié)構(gòu)解開(kāi)MoS2的能帶結(jié)構(gòu)提高鋰?硫電池的催化活性
在鋰硫電池（LSBs）中引入雙功能中間層可有效抑制“穿梭效應(yīng)”和提高緩慢的硫轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)。其對(duì)金屬硫化物的能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)則可以有效提高其催化活性，對(duì)于抑制多硫化鋰（LiPS）在LSBs中的穿梭效應(yīng)起到了重要作用。
有鑒于此，陜西科技大學(xué)許并社教授，杜高輝教授，蘇慶梅副教授報(bào)道了一種Co9S8@MoS2核?殼層異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并將其固定在碳納米纖維(Co9S8@MoS2/CNF)上，作為抑制LiPS穿梭效應(yīng)的中間層。所制備的復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)是一種有效的替代材料，具有化學(xué)吸附和電化學(xué)催化之間的協(xié)同關(guān)系。
文章要點(diǎn)
1）研究人員首先采用靜電紡絲法制備了Co@Mo/PAN。將Co@Mo/PAN在260 °C的空氣中收集并穩(wěn)定2 h，然后在600 ℃的硫氣氛中反應(yīng)2 h，得到Co9S8@Mo/CNF。
2）研究發(fā)現(xiàn)，Co9S8核可以有效地調(diào)節(jié)MoS2殼層的能帶結(jié)構(gòu)，Co9S8@MoS2/CNF能有效地捕獲LiPSs，使LiPSs轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)i2S2，進(jìn)而從Li2S2轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)i2S。重要的是，在高硫負(fù)載量分別為6和10 mg cm?2的情況下，電池循環(huán)50次后仍能保持1002和986 mA g?1的高容量。
研究工作突出了原子級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)作為多功能中間層的設(shè)計(jì)，具有吸附和催化雙功能協(xié)同作用。最終有效地緩解了LiPSs的穿梭效應(yīng)，增強(qiáng)了LiPSs的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，極大促進(jìn)了LSB的實(shí)際應(yīng)用前景。
Boyu Li, et al, Tuning the Band Structure of MoS2 via Co9S8@MoS2 Core?Shell Structure to Boost Catalytic Activity for Lithium?Sulfur Batteries, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c07332
https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c07332
