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Arumugam Manthiram教授AEM: MoTe2-CNT作為鋰硫電池的雙功能電催化劑

鋰硫（Li-S）電池具有能量密度高、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但多硫化物的穿梭效應(yīng)、緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和不可控的鋰枝晶生長等缺點(diǎn)嚴(yán)重阻礙了其發(fā)展。MoTe₂作為硫正極和鋰金屬負(fù)極的主體材料都很有吸引力。然而，少層1T’-MoTe₂納米片的可控合成仍然是一個(gè)主要障礙。

在此，美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Arumugam Manthiram教授等人首次通過簡單的水熱工藝在碳納米管上原位生長了金屬1T’-MoTe₂納米片（MoTe₂-CNT）。令人印象深刻的是，獨(dú)立的MoTe₂-CNT可用作元素硫和金屬鋰負(fù)極的有效主體，同時(shí)解決Li-S電池的多個(gè)問題。

精心設(shè)計(jì)的MoTe₂-CNT具有幾個(gè)引人注目的優(yōu)勢：首先，1T’-MoTe₂是具有高導(dǎo)電性的金屬，使其適合于電子傳輸。其次，由于Li的高反應(yīng)性，MoTe₂可以在Li負(fù)載過程中將其原位轉(zhuǎn)化為Li₂Te和金屬M(fèi)o。轉(zhuǎn)變后的Mo相作為后續(xù)鋰沉積的有利成核位點(diǎn)，原位形成的具有高離子電導(dǎo)率的Li₂Te有利于快速的鋰離子擴(kuò)散和穩(wěn)定的電鍍/剝離。

圖1. MoTe₂-CNT/Li與S/MoTe₂-CNT的合成示意圖

更重要的是，當(dāng)MoTe₂-CNT/Li負(fù)極與S/MoTe₂-CNT正極配對時(shí)，在MoTe₂-CNT/Li負(fù)極上形成了一種獨(dú)特的薄碲化和富硫的硫代碲酸鋰（Li₂TeS₃）。形成的SEI進(jìn)一步穩(wěn)定了鋰的沉積，延長了體系的循環(huán)壽命。

因此，具有≈2.5的N/P比和7.6 mAh cm^-2的高面積容量的紐扣全電池在500次循環(huán)后顯示出75% 的容量保持率。使用 MoTe₂ -CNT組裝的軟包電池在≈2.9 μL [mAh]^-1的低電解液/容量比和4.5 μL mg^-1的低電解液/硫比下提供1533 mAh g^-1的高容量和319 Wh kg^-1的能量密度。這項(xiàng)研究為開發(fā)長壽命、實(shí)用可行的高能量密度鋰硫電池鋪平了道路。

圖2. MoTe₂-CNT/Li負(fù)極的形貌和結(jié)構(gòu)演變表征

圖3. S/MoTe₂-CNT||MoTe₂-CNT/Li全電池的電化學(xué)性能

In Situ Grown 1T′-MoTe₂ Nanosheets on Carbon Nanotubes as an Efficient Electrocatalyst and Lithium Regulator for Stable Lithium-Sulfur Full Cells, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202103204

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2023/10/11/cadf1cce7c/

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