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日本材料科學研究所(NIMS)Takayoshi Sasaki課題組--基于Nb3O8/石墨烯超晶格異質結構的三合一陰極主體用于高性能Li–S電池
       目前Li–S電池的發展遭受各種棘手的挑戰,主要問題有:“穿梭效應”,多硫化鋰轉化的動力學緩慢,以及Li2S的不均勻成核。在這項研究中,基于二維(2D)材料的超晶格,設計了一種三合一的陰極主體,旨在解決這三個問題。交替堆放的Nb3O8納米片具有路易斯酸表面,而具有高電導率的還原氧化石墨烯(rGO)產生了獨特的超晶格結構,不回會自我堆疊,從而最大程度地提高了每個組分的固有優勢,達到最佳的協同效應。Nb3O8/rGO超晶格陰極主體具有高親和力,出色的催化活性,豐富的活性位點,高導電性等特點,有效地限制了多硫化鋰,并降低其轉化及Li2S成核時的過電位。高性能鋰硫電池在0.1C時初始容量達到為1529 mA h g-1,緩慢的容量衰減僅為0.064%。這項工作提供了一種異質組裝二維納米片陰極主體的新策略,為先進鋰硫電池打開了廣闊的前景。
 
  
Figure 1.(a)制備超晶格Nb3O8/rGO陰極的示意圖,和(b)超晶格Nb3O8/rGO在鋰硫電池應用中的優點。
 
  
Figure 2. (a)單層Nb3O8和(b)PDDA修飾的rGO納米片的AFM圖像和高度情況;(c)不同樣品的XRD圖比較; (d)S-Nb3O8/rGO的TEM圖像和(e)SAED模式。
 
 
Figure 3(a)不同樣品的XRD圖比較;(b)S@R-Nb3O8/rGO和S@S-Nb3O8/rGO的示意圖;(c-f)不同樣品的拉曼光譜比較。
 
 
Figure 4(a)0.1 mV s-1掃速下的CV曲線,(b)EIS曲線,(c)0.1C恒電流時的充電/放電曲線,(d)速率性能和(e)基于不同陰極的Li–S電池在1C電流時的循環性能比較。
  
       該研究工作由日本材料科學研究所(NIMS)Takayoshi Sasaki課題組于2021年發表在Journal of Materials Chemistry A期刊上。原文:Three-in-one cathode host based on Nb3O8/graphene superlattice heterostructures for highperformance Li–S batteries。

轉自《石墨烯雜志》公眾號

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