文 章 信 息

VC-VO異質(zhì)顆粒的相演化促進鋰硫電池中硫轉(zhuǎn)化反應

研 究 背 景

鋰硫電池因其超高的理論能量密度、低成本和硫的環(huán)境友好性而成為下一代儲能系統(tǒng)的熱門候選。然而，多硫化物的穿梭效應和反應動力學遲緩的存在嚴重阻礙了其研究進展。近期，硫宿主材料的研究通常集中在調(diào)節(jié)多硫化物的行為以獲得高性能的鋰硫電池。 然而，電化學過程中富多硫化物的環(huán)境下支架材料是否會發(fā)生相演化，以及可能發(fā)生的相演化對整體電化學行為的影響，對于探索鋰硫電池的內(nèi)部反應機理和電化學性能具有至關(guān)重要的作用。電化學過程中的物相演化及其影響的詳盡探索，為鋰硫電池的商業(yè)化提供了更多的可能性。

文 章 簡 介

基于此，來自廣西大學的朱金良副教授，在國際知名期刊Advanced Functional Materials上發(fā)表題為“Phase Evolution of VC-VO Heterogeneous Particles to Facilitate Sulfur Species Conversion in Li?S Batteries”的文章。該文章主要介紹了碳分散的VC-VO納米顆粒作為硫正極宿主材料有效地促進了硫和多硫化物的轉(zhuǎn)化。通過原位表征技術(shù)，探究了電化學過程中富多硫化物條件下VC-VO顆粒的相演化，以及相演化對電化學行為的影響。

圖1. VC-VO異質(zhì)顆粒電化學過程中的相演化

本 文 要 點

要點一：VC-VO異質(zhì)顆粒作為多硫化物固定劑和催化劑VC-VO異質(zhì)顆粒作為多硫化物固定劑和氧化還原反應催化劑有效地增強了鋰硫電池的電化學性能。VC-VO異質(zhì)顆粒結(jié)合了VO的強吸附能力和VC的氧化還原活性。VC-VO異質(zhì)顆?？梢酝瑫r實現(xiàn)對多硫化物的強有力錨定，快速擴散和高效轉(zhuǎn)化。VO和VC之間良好的界面接觸保證了多硫化物從捕獲位置向?qū)щ娀|(zhì)的快速擴散，從而加速了氧化還原動力學，促進了不溶性硫化鋰的形核和沉積。

圖1.a）可視化吸附試驗和b）相應的紫外-可見光譜。c） 多硫化物（Li2S8、Li2S6、Li2S4和Li2S2）吸附在VC和VO上的結(jié)合能。d） Li2S8和Li2S2在VC（200）和VO（200）上的吸附構(gòu)型。e） VC（200）和VO（200）平面上Li2S8和Li2S2的電荷密度。

圖2.a）旋轉(zhuǎn)圓盤電極（RDE）的三電極測量系統(tǒng)示意圖。b） VC-VO/HPC、VC/HPC，VO/HPC和HPC的LSV曲線。c） 根據(jù)LSV曲線計算的電位控制電流階段的Tafel曲線。VO/HPC d）、VC/HPC e）和VC-VO/HPC f）的恒電位放電曲線。g, h）對稱電池CV曲線。i）Li+擴散速率。 要點二：VC-VO異質(zhì)顆粒在富多硫化物下電化學過程中的相演化透射電子顯微鏡、X射線光電子能譜、原位XRD和Raman等表征技術(shù)揭示了VC-VO異質(zhì)顆粒在富多硫化物電化學過程中的相演化。含有零價/低價金屬原子的VC-VO異質(zhì)顆粒在鋰硫電池中作為硫正極宿主時，會發(fā)生部分硫化形成硫化釩。此外，探索了相演化產(chǎn)物對電化學反應的影響以及其對多硫化物的作用方式。密度泛函理論(DFT)計算表明，硫化釩具有優(yōu)良的電子導電性，加快了總電子傳遞速率，促進了硫相關(guān)物種之間的轉(zhuǎn)化，主要作用于液相多硫化物的轉(zhuǎn)化。

圖3.a，b）原位拉曼測試以及c）相應的電壓-容量曲線。d、 e）原位XRD測試。f）VC-VO/HPC在兩個恒電流充電/放電周期后的HRTEM圖像和快速傅里葉變換（FFT）。

圖4.a）VC-VO/HPC（循環(huán)5周期）、VC-VO/HPC、HPC（循環(huán)5周期）和HPC的對稱電池的CV曲線。b）0.1 mV s?1掃描速率下的CV曲線和c）對應的反應峰值電壓。d）相應的Tafel曲線。g）電化學過程中VC-VO/HPC的反應機理圖。 要點三：VC-VO/HPC@S電極出色的電化學能力VC-VO/HPC@S電極在電化學性能測試中展現(xiàn)出了優(yōu)異的容量性能(1484 mAh g?1，0.1 C)和超高的循環(huán)穩(wěn)定性(每循環(huán)0.045%的衰減率，5 C)。同時，采用VC-VO/HPC@S電極的軟包電池提供了出色的能量密度（358 Wh kg?1），并可以在不同彎折程度下進行平穩(wěn)地提供電能。

圖5.a，b）VC-VO /HPC@S高硫含量下的循環(huán)性能。c）軟包電池成功點亮燈組。d） 不同彎折情況下點亮LED燈泡。

審核編輯 ：李倩