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香港理工大學(xué)Jeongyeon Lee和成均館大學(xué)Ho Seok Park課題組--多功能聚酞菁包覆碳納米管作為鋰硫電池的高效氧化還原介質(zhì)
       金屬酞菁 (Pc) 配合物由于其可調(diào)的性質(zhì)和獨(dú)特的 π 電子結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是有前途的功能有機(jī)材料。盡管有這些優(yōu)點(diǎn),但聚合物金屬 Pc 在鋰硫 ( Li? S) 電池中的應(yīng)用仍有待探索。在此,這項(xiàng)工作展示了三乙二醇連接劑(TCP)的多功能聚合鈷Pc的分子設(shè)計(jì),其可以為Pc中心的Co離子提供氧化還原中介能力,N原子與Li的強(qiáng)極性相互作用,以及用于高效Li- S電池的仿冠醚親石位點(diǎn)。結(jié)果表明,TCP/MCs中的TCP由于具有氧化還原介導(dǎo)能力,促進(jìn)了LiPS的吸收和轉(zhuǎn)化反應(yīng)動力學(xué),而TCP/MCs的TEG連接物中含有親石位點(diǎn),可結(jié)合Li離子。此外,TCP/MCs在放電過程中顯著增強(qiáng)了Li2S的析出形貌,同時抑制了充電過程中含絕緣性S復(fù)合材料簇簇的持續(xù)形成。因此,S@TCP/MC電極在0.1和5.0 C(分別為1392.8和667.9 mA h g−1)時具有出色的速率性能,具有較高的初始容量。S@TCP/MC電極循環(huán)性能穩(wěn)定,循環(huán)200次后容量衰減率為0.092%,容量保持率為81.5%。此外,即使在高S負(fù)載(6.6 mg cm−2)下,S@TCP/MC電極在0.2℃時的初始容量為1032 mA h g−1,對應(yīng)的面積容量為6.83 mA h cm−2
 
Fig 1. a) S@TCP /MCs電極合成示意圖。b) TCP/MC 的 STEM 圖像。c) TCP/MC 的邊界圖像取自 (b) 中紅色虛線矩形標(biāo)記的區(qū)域。d) 原始 MC 的邊界圖像。e) 對應(yīng)于 TCP/MC 的 STEM 圖像的元素映射圖像。
 
Fig 2. a) UV-vis b) 拉曼和 c) TCP/MC、TCP 和 MC 的 FTIR 光譜。TCP/MC 的 d) Co 2p、e) N 1s、f) O 1s 和 g) C 1s 峰的高分辨率 XPS 圖。
 
Fig 3. a) Li2S6溶液吸附前后的紫外-可見光譜(插圖:上述溶液的光學(xué)圖像)。b) 包含 TCP/MC 的對稱單元與包含 MC 的單元相比的 CV 曲線。c,d) Li2S8溶液在TCP/MC 和MC 電極上的恒電位成核曲線(插圖:Li2S 成核后TCP/MC 和MC 的SEM 圖像)。
 
Fig 4. a) 掃描速率為 0.1 mV s-1 時的 CV 曲線,和 b) 與S@mTCP /MC和S@MC電極相比,S@TCP /MC 電極在 0.1 C 時的恒電流充放電曲線。c) S@TCP /MC、S@mTCP /MC 和S@MC電極在不同電流密度下的倍率性能。d)不同電流密度下的Q L /Q H比。e) 0.2 C、f) 1.0 C 和 g) 0.2 C 下的循環(huán)性能,含高 S 負(fù)載。
 
Fig 5. a) 液-固還原過程的 Tafel 圖(第二個陰極峰)。b) S@TCP /MC、S@mTCP /MC 和S@MC陰極的奈奎斯特圖。c)低頻區(qū)實(shí)際電阻(Z')與角速度平方根倒數(shù)(ω−1/2處)的關(guān)系。CV 曲線中 d) 第二個陰極峰和 e) 第一個陽極峰處電流值與不同材料速率平方根的關(guān)系圖。f) S@TCP /MC、S@mTCP /MC 和S@MC正極的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)。
 
Fig 6. DFT 計(jì)算 a) Li2S6吸附在 TCP 上的分子結(jié)構(gòu)和 b) TCP 位點(diǎn) 1-4處的鋰離子結(jié)合能與碳-接頭連接的 CoPc 位點(diǎn) 1-4 處的鋰離子結(jié)合能的比較。吸附Li2S6之前和之后 TCP/MC 的 c) Co 2p、d) N 1s 和 e) O 1s 峰的 XPS 圖。S@TCP /MC 電極 f) 循環(huán)前和 g) 100 次放電-充電循環(huán)后的 SEM 圖像。MCs 的 SEM 圖像 h) 循環(huán)前和 i) 100 次充放電循環(huán)后。
  
      相關(guān)研究工作由香港理工大學(xué)Jeongyeon Lee和成均館大學(xué)Ho Seok Park課題組于2023年在線發(fā)表在《Advanced Energy Materials》期刊上,原文:Multifunctional Polymeric Phthalocyanine-Coated Carbon Nanotubes for Efficient Redox Mediators of Lithium–Sulfur Batteries。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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