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侴術雷/Andreu Cabot等AEM: 當NbSe2遇到C2N, 超長壽命鋰硫電池誕生了!

侴術雷/Andreu Cabot等AEM: 當NbSe2遇到C2N, 超長壽命鋰硫電池誕生了!
多硫化鋰(LiPS)的穿梭效應和緩慢的轉化動力學阻礙了鋰硫電池(LSB)的實際應用。盡管硒化鈮 (NbSe2 ) 具有高電位,且在眾多電催化反應中引起了廣泛關注,但尚未被研究作為LSB中的正極主體材料。
侴術雷/Andreu Cabot等AEM: 當NbSe2遇到C2N, 超長壽命鋰硫電池誕生了!
在此,西班牙加泰羅尼亞能源研究所Andreu Cabot教授、張超琦博士以及澳大利亞伍倫貢大學侴術雷教授、美國德克薩斯大學奧斯汀分校Jiaao Wang等人報道提出了一種具有顯著比表面積的原位生長C2N@NbSe2異質結構,作為Li-S電池催化劑和LiPS吸收劑。
DFT計算和實驗結果表明,C2N@NbSe2具有合適的電子結構和電荷重排,從而有力地促進了LiPS的電催化轉化。此外,C2N@NbSe2異質結與LiPS物質發生強烈的相互作用,將其限制在正極上。

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圖1. C2N@NbSe2?的合成示意圖
因此,基于C2N@NbSe2/S的LSBs正極在0.1 C下表現出1545 mAh g-1的高初始容量。此外,C2N@NbSe2正極具有令人印象深刻的循環穩定性,在3 C下進行 2000次循環后,每個循環只有0.012%的容量衰減。
即使在5.6 mg cm-2的硫負載下,也提供了5.65 mAh cm-2的高面積容量。這些結果表明C2N@NbSe2異質結構可以作為多功能多硫化物介體化學吸附LiPS,加速鋰離子擴散,化學催化LiPS轉化,降低Li2S沉淀/分解的能壘,實現多硫化物的“吸附-擴散-轉化”。

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圖2. 高硫負載的鋰硫電池的電化學性能
NbSe2 Meets C2N: A 2D-2D Heterostructure Catalysts as Multifunctional Polysulfide Mediator in Ultra-Long-Life Lithium-Sulfur Batteries, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101250

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