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李峰/孫振華AFM：非碳主導(dǎo)的催化劑架構(gòu)實(shí)現(xiàn)雙高能量密度鋰硫電池

由于碳的低振實(shí)密度/低催化活性與不含碳的金屬基化合物之間容易團(tuán)聚使得常用的“碳催化劑”結(jié)構(gòu)作為硫主體難以同時實(shí)現(xiàn)鋰硫（Li–S）電池的高質(zhì)量和體積能量密度。

在此，中國科學(xué)院金屬研究所李峰研究員，孫振華研究員等人報道了一種使用大孔磷化鎳/鈷(NiCoP)作為鋰-硫電池硫宿主的非碳主導(dǎo)催化結(jié)構(gòu)。其中，可容納大量硫的大孔骨架通過加速e^– 輸運(yùn)、Li⁺擴(kuò)散以及Ni₂P/CoP異質(zhì)結(jié)構(gòu)優(yōu)越的吸附和催化活性，加速了電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)。

此外，高振實(shí)密度（0.45 g cm^?3）和堅硬的機(jī)械特性有助于NiCoP@S電極在壓制和滾壓過程后具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)穩(wěn)定性。這些特性使得Li-S電池在高硫負(fù)載量（10.2 mg cm^?2）和貧電解質(zhì)（電解質(zhì)/硫為2 μL mg^?1）的條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。

圖1. NiCoP催化骨架對LiPS吸附轉(zhuǎn)化的影響

總之，該工作報告了一種硫宿主材料—大孔3D NiCoP框架。該材料使Li-S電池具有雙倍高能量密度。容納豐富硫的大孔骨架可以通過快速電子傳輸、鋰離子擴(kuò)散以及固有鎳的優(yōu)異吸附和催化活性來加速電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)。這些特性使Li-S電池能夠在高硫負(fù)荷和稀少電解質(zhì)條件下實(shí)現(xiàn)出色的電化學(xué)性能。

此外，高振實(shí)密度和硬質(zhì)機(jī)械特性有助于NiCoP@S電極在壓制和軋制工藝后具有出色的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)穩(wěn)定性。因此，組裝好的軟包電池可以同時提供345.2 Wh kg^?1的質(zhì)量能量密度和令人印象深刻的952.7 Wh L^?1的體積能量密度。

圖2. 全電池性能

Non-Carbon-Dominated Catalyst Architecture Enables Double-High-Energy-Density Lithium–Sulfur Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.20230821

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/2023/10/22/f32c764862/

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