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原子插層過渡金屬二硫化物（TMD）因其高度提高的導(dǎo)電性而備受關(guān)注，但很少有報(bào)道稱原子嵌入可以使 TMD 具有意想不到的催化性能，這是由它們的晶胞變形引起的。

在此，蘭州大學(xué)周金元教授及煙臺大學(xué)趙浩等人通過直接硫化法結(jié)合柯肯達(dá)爾效應(yīng)在電紡碳納米纖維（CNF）表面成功合成了V插層的NiAs 型V₅S₈納米薄片，V原子占據(jù)VS₂單層之間的層間距，不可避免地改變間隙和原子排列并引起晶胞變形。

當(dāng)CNF@V₅S₈/S用作鋰硫電池（LSBs）正極時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能，即充放電倍率提高10倍時(shí)可保持初始容量的73.65%，遠(yuǎn)高于CNF@VS₂/S (54.0%) 和CNF/S (55.1%) 。即使在5 C時(shí)，CNF@V₅S₈/S正極仍然保留50.8% 的容量。此外，該正極在5 C時(shí)1500 次循環(huán)中顯示出每循環(huán)僅0.0312% 的超低衰減率。

圖1. CNF@V₅S₈/S復(fù)合正極的形成過程示意圖及電子傳輸性能

電化學(xué)測試和分析表明，優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性主要是由V₅S₈的催化作用引起的，它可以促進(jìn)可溶性LiPS向不溶性 Li₂S₂/Li₂S產(chǎn)物轉(zhuǎn)化。與VS₂相比，V₅S₈可使電子傳輸速率提高37.7%，離子擴(kuò)散系數(shù)提高31.3%。

電子傳輸和離子擴(kuò)散的改進(jìn)可能主要是由于V₅S₈可以加速氧化還原反應(yīng)從而減少正極附近多硫化物和Li₂S₂/Li₂S的富集。此外，V₅S₈可以進(jìn)一步使LSB在高硫負(fù)載（7.8 mg cm^-2）下實(shí)現(xiàn)8.2 mAh cm^-2的高面積容量，以及在任何彎曲角度（0-180°）下的高動態(tài)柔性穩(wěn)定性。

因此，這項(xiàng)工作將為構(gòu)建先進(jìn)的儲能系統(tǒng)提供基于NiAs型硫化釩的Li-S化學(xué)的深入理解。

圖2. 高硫負(fù)載鋰硫電池的柔韌性測試

Deciphering the catalysis essence of vanadium self-intercalated two-dimensional vanadium sulfides (V₅S₈) on lithium polysulfide towards high-rate and ultra-stable Li-S batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.09.030

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周金元/趙浩EnSM：揭示鋰硫電池中V5S8在多硫化鋰上的催化本質(zhì)

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