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可充鋰硫電池（LSBs）因其高理論比容量和能量密度而被認為是下一代儲能設備有希望的候選者。然而，S、Li₂S₂/Li₂S的絕緣性和高階多硫化鋰（LiPSs）的穿梭效應阻礙了它的實際應用。

韓國全北國立大學Nam Hoon Kim、Joong Hee Lee等采用同軸自模板生長法制備了由N摻雜碳層和碳納米管框架(NC-CNT)封裝的CoSe₂/Co₃O₄異質結構，以增強LiPSs的轉化反應動力學和吸附能力。

圖1 不同材料的吸附和催化工作機理示意圖

利用各組分的優勢，導電通道、電解液和吸附催化劑（CoSe₂/Co₃O₄）之間的三相界面顯示出協同效應，從而具有優異的導電性、強的LiPSs鍵合和高催化活性。CoSe₂/Co₃O₄異質結構的豐富活性位點可以在Co₃O₄位點吸LiPSs，然后擴散到CoSe₂區域以加速轉化反應。高導電通道NC-CNT框架可進一步促進電化學反應。

此外，這種均勻的CoSe₂/Co₃O₄異質結構富含親硫活性位點，可以實現Li₂S的均勻沉淀。最后，CoSe₂/Co₃O₄@NC-CNT的高孔隙率和大表面積可以適應高S負載并減少“死硫”現象。

圖2 LiPSs在不同硫主體中的吸附和催化轉化活性

因此，CoSe₂/Co₃O₄@NC-CNT/S正極表現出優異的倍率性能（在0.1 C時為1457 mAh g^-1，在5 C的高倍率下仍保持≈688 mAh g^-1）。當在2 C下長期進行充放電時，CoSe₂/Co₃O₄@NC-CNT/S正極具有≈780 mAh g^-1的高初始比容量，并在500次循環后保持≈602 mAh g^-1。

值得注意的是，即使在≈10.1 mg cm^-2的超高硫負載和貧電解液條件下，電池也可以完全運行。這項工作強調了合理設計異質結構的新策略，以鼓勵LSBs的工業應用。

圖3 鋰硫電池電化學性能

Uniformly Controlled Treble Boundary Using Enriched Adsorption Sites and Accelerated Catalyst Cathode for Robust Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202102805

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全北國立大學AEM：多功能異質結構實現高性能鋰硫電池

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