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南昌大学杨震宇课题组 CEJ: 激活高性能锂硫电池SRRs双向催化材料

时间：2023-01-01 来源： 浏览：

南昌大学杨震宇课题组 CEJ: 激活高性能锂硫电池SRRs双向催化材料

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#能量密度 10 个
#LiPSs 3 个
#双向催化 2 个

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锂硫电池因其高能量密度（ 2600Wh·kg −1 ）、低成本、环境友好性而引起了人们的极大关注。阴极 S 8 分子在完全放电后转化为不溶性的 Li 2 S 2 /Li 2 S ，理论放电容量可达 1675mAh·g −1 。然而，硫的绝缘和放电最终产物 Li 2 S 2 或 Li 2 S 的弱氧化还原动力学不利于稳定和高容量的电化学性能。本篇观点展示了近期研究锂硫电池中正极材料的相关工作，特别是如何提高活性物质硫的利用率，加速其氧化还原动力学，以实现出色电化学性能的正极电催化材料。同时回顾了近期在提升硫氧化还原动力学方面取得的进展，并对此做了进一步的理解和讨论。本文为今后的研究提供了方向，有助于加速高性能锂硫电池领域的研究及实际应用。
近日，来自南昌大学化学化工学院的杨震宇课题组，在 《 Chemical Engineering Journal 》 期刊 上发表题为 “Cation-Doped V 2 O 5 Microsphere as a Bidirectional Catalyst to Activate Sulfur Redox Reactions for Lithium-Sulfur Batteries” 的观点。该文章分析了近期各类材料在锂硫电池中的应用，详细报道了课题组设计的宿主材料： M-V 2 O 5 -YS ，在加速 LiPSs 的还原以及沉积 Li 2 S 的再氧化动力学方面的显著双向催化作用，并取得出色的电化学性能。
本文要点：
1） 掺杂后的样品中， XRD 未检测到杂相峰的同时，检测到了部分峰位置的偏移。
图 1 ： (a) M-V 2 O 5 -YS 和 S/M-V 2 O 5 -YS 复合材料的合成示意图。 (b) M-V 2 O 5 -YS 样品的 XRD 图谱。
2） 掺杂过渡金属的 M-V 2 O 5 -YS 与原始的 V 2 O 5 均表现出相似的卵黄微球结构，粒径均匀一致，并且在 M-V 2 O 5 -YS 中检测到了晶格缺失。
图 2. SEM 和 TEM 图： (a, e) V 2 O 5 -YS, (b, f) Fe-V 2 O 5 -YS, (c, g) Co-V 2 O 5 -YS and (d, h) Ni-V 2 O 5 -YS ； (i, j) V 2 O 5 -YS 和 (k, l) Co-V2O5-YS 的晶格条纹 ;(m) Co-V 2 O 5 -YS 样品的元素 EDS 分布。
3） 掺杂后的 V 2 O 5 应用于锂硫电池硫的载体，表现出出色的电化学性能，尤其是在较大电流密度下。
图 3 ：电化学性能图谱： (a) 倍率性能， (b) 极化值比较， (c) 长循环性能， (d,e) 高载硫循环性能。
4） 动力学测试结果表明，掺杂阳离子后的 V2O5 ，尤其是 Co 离子的引入，会极大提升 LiPSs 的转化动力学。
图 5 ： (a) 对称电池的 CV ， (b) Tafel 曲线， (c) Li 2 S 的成核曲线， (d) Li 2 S 的溶解曲线。
这项工作介绍过渡金属（ M = Fe ， Co ， Ni ）掺杂的五氧化二钒卵黄壳微球（ M-V 2 O 5 -YS ）作为硫的双向催化宿主，表现出丰富的晶格缺陷和提高的电导率。同时，动力学试验结果表明， M-V 2 O 5 -YS 宿主在加速 LiPSs 的还原学以及沉积 Li 2 S 的再氧化动力方面的显著双向催化作用。即使在较高的硫负载和低电解液用量的条件下，也有良好的容量和稳定的循环性能。因此，本研究为探索激活高性能锂硫电池 SRRs 双向催化材料提供了一种有效、可行的方法。
论文第一作者为南昌大学化学化工学院硕士生刘凡君，论文通讯作者为南昌大学的杨震宇教授和张泽副教授，南昌大学化学化工学院为论文第一完成单位。

作者简介

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杨震宇教授简介： 南昌大学化学化工学院教授，博士生导师，赣江特聘教授，江西省主要学科带头人。 2005 年博士毕业于中科院理化技术研究所，先后在美国伦斯勒理工学院、北京大学、南洋理工大学等国内外著名院校访问、交流学习。长期从事电化学储能材料和胶体化学相关研究。迄今已在国内外期刊发表 SCI 论文 100 余篇，申请发明专利 10 余项，主持国家和省级研究项目 20 余项。

张泽副教授简介： 南昌大学化学化工学院副教授，博士，硕士生导师，赣江青年学者。 2017 年毕业于南开大学，师从高学平研究员，获理学博士学位。研究工作主要涉及纳米功能材料的设计制备，及其在锂硫电池、锂 / 钠离子电池、电催化等方面的应用研究。以第一作者或者通讯作者身份发表 SCI 论文 40 余篇，现主持国家自然科学基金地区、青年项目，江西省自然科学基金杰出青年、面上项目。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140948

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