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趙世璽課題組Nano Energy：異質結構催化劑實現界面主導的Li2S成核行為助力鋰硫電池

鋰硫電池（LSBs）因其高能量密度和低成本在過去幾十年中受到廣泛關注。然而，LSBs的實際應用受到可溶性中間多硫化鋰（LiPSs）的嚴重穿梭以及絕緣Li₂S的不可控沉積的阻礙，這限制了活性物質的利用并減緩了氧化還原動力學。

美國華盛頓大學曹國忠等人采用具有相似低電阻率的MoO₂和α-MoC構建MoO₂/α-Mo納米復合材料作為多功能電催化劑，以研究異質界面對硫物種氧化還原過程和Li₂S沉積行為的影響。。

電子電導率的微小差異使其不同于傳統的捕獲-擴散-轉換模型。DFT計算結果進一步表明，與MoO₂和α-MoC相比，MoO₂/α-MoC異質界面對LiPSs及其放電產物Li₂S表現出更強的親和力，這有利于促進后續的轉化過程并誘導Li₂S的非均相成核和三維沉淀。

因此，MoO₂/α-MoC異質界面不僅可以有效促進Li⁺擴散和電荷轉移，還可以為硫物種提供吸附和催化位點，從而改善硫物種的氧化還原動力學，同時促LiPSs的轉化。

圖1 材料合成及表征

通過在正極中引入少量MoO₂/α-MoC催化劑，電池在0.2和3 C下分別達到了1177和695 mAh g^-1的高容量。此外，通過使用MoO₂/α-MoC功能夾層，具有高硫負載正極(5.0 mg·cm^-2)和低電解液(6-7 μL·mg^-1)的電池表現出穩定的循環性能，在0.5 C下循環100次后達到829 mAh·g^-1并具有85 %的容量保持率。

這項工作提供了對加速氧化還原轉化過程和通過構建二維異質界面促進Li₂S沉積行為的理解。

圖2 鋰硫電池的電化學性能

Interfaces-dominated Li2S Nucleation Behaviour Enabled by Heterostructure Catalyst for Fast Kinetics Li-S Batteries. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106452

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