高稳定性的充电机充电锂硫电池正极材料的碳包覆介孔氮化钒纳米线薄膜解析
2017-9-23 10:20:38 点击：
【导言】
因为理论能量密度高达2560Wh/kg，充电机充电锂硫电池被认为是最有远景的储能体系之一。虽然经过了几十年的开展，但是充电机充电锂硫电池的大规模使用依然遭到一些要素的约束，其间中间产品多硫化物的络绎效应以及硫的导电功用差是最杰出的问题。近年来，除了选用各种高比表面碳对多硫化物进行物理约束外，研究人员也测验将极性的金属氧化物（如SiO2，TiO2，MnO2，V2O5）和硫化物（如TiS2，WS2，CoS2）参加硫电极中来，然后有用地吸附可溶性多硫化物，按捺络绎效应，改进充电机充电锂硫电池的循环稳定性。然而大多数金属氧化物与硫化物导电性差，严峻阻止了电子传导，然后导致了低的硫利用率和较差的倍率功用。因而需求寻觅具有高电导率和强吸附才能的电极资料来进一步进步充电机充电锂硫电池的功用。
【成果简介】
9月10日，Nano Energy宣布题为“自支撑的碳包覆介孔氮化钒纳米线薄膜作为高稳定性的充电机充电锂硫电池正极资料”（Freestanding carbon encapsulated mesoporous vanadium nitride nanowires enable highly stable sulfur cathodes for lithium-sulfur batteries）的研究论文，榜首作者为武汉科技大学博士生李星星，通讯作者为武汉科技大学的高标和华中科技大学的霍开富。
【本文亮点】
碳包覆介孔氮化钒纳米线（MVN@C NWs）核壳结构具有以下优势：
（1）具有高导电性的多孔VN作为内核，不只为硫单质供给了负载空间，而且为电子的快速传输供给了通道；
（2）VN内核的化学吸附效果和微孔碳外壳的物理阻挠效果协同按捺了多硫化物的络绎效应，极大地进步了循环功用；
（3）多孔结构的VN能够习惯蓄电池充电机充放电进程中硫的体积改变；
（4）VN内核具有优异的催化功用，能够有用加快多硫化物向固态硫化锂的改变动力学；
（5）S/MVN@C NWs自支撑薄膜由相互交织纳米线组成，无需任何的导电剂和粘结剂，进步了硫载量，并表现出杰出的柔性。
【图文导读】
图（a）S/MVN@C NWs制备进程示意图以及在蓄电池充电机充放电进程中按捺络绎效应的示意图。
以氧化钒纳米线为前驱物，经过简略的多巴胺包覆和氨气处理，以及后续硫的负载来获得S/MVN@C NWs 薄膜电极。因为VN和微孔碳层对多硫化物表现出强的化学吸赞同有用的物理阻止效果，然后有用地按捺了多硫化合物的络绎效应并进步循环稳定性。
S/MVN@C NWs结构与成分表征。
结合电镜图片和面扫成果能够看出硫纳米颗粒巨细为2-5nm，而且首要散布在VN的介孔中。S/MVN@C NWs电极最高硫载量可达82.6wt%。
（a, b）分别为S/MVN@C NWs的TEM图和HR-TEM图；
（c）为S/MVN@C NWs的STEM图片，和S、V、C元素的面扫；
（d）为S/MVN@C NWs组成的柔性电极的相片和厚度；
（e）为不同硫载量S/MVN@C NWs的热重图；
（f）MVN@C NWs负载硫前后的XRD图。
S/MVN@C NWs电极功用图
S/MVN@C NWs因为具有化学吸赞同物理阻止两层效果以及高的电导率，使得电极资料在不同载量条件下都具有很好的稳定性。一起在高电流条件下，仍能保持较高的比容量。
（a）S/MVN@C NWs不同载量的循环功用图；
（b）S/MVN、S/CNT以及S/MVN@C NWs的倍率功用图；
（c）S/MVN、S/CNT以及S/MVN@C NWs的循环功用图。
VN对多硫化物的吸附才能的表征
证明了VN对多硫化物的化学吸附首要来源于两者之间构成强的V-S键。
（a）不同样品多硫化物溶液吸附功用；
（b）图（a）中的上层清液紫外可见吸收光谱图；
（c, d）200次循环后样品的V 2p和S 2p XPS图谱。
S/MVN@C NWs在1C电流下循环200圈前后的SEM图
循环前后的描摹并没有显着的改变，证明多孔的核壳结构能够很好的缓冲在蓄电池充电机充放电进程中的硫的体积改变。
（a, b）S/MVN@C NWs在1C电流下循环200圈前后的SEM图
【小结】
本作业规划了一种具有核壳结构的S/MVN@C NWs作为的充电机充电锂硫电池电极资料。VN内核的化学吸附效果和催化功用以及微孔碳外壳的物理阻挠效果协同处理了多硫化物的络绎效应，能够极大的进步充电机充电锂硫电池的循环功用。一起，这种由高导电性的多孔VN和碳组成核壳结构不只能够为电子的快速传输供给了通道，还能够习惯蓄电池充电机充放电进程中硫的体积改变。试验成果表明根据上述战略而规划的S/MVN@C NWs电极资料具有高的比容量，优异的倍率和循环稳定性，在高功用充电机充电锂硫电池范畴表现出潜在的使用远景。
因为理论能量密度高达2560Wh/kg，充电机充电锂硫电池被认为是最有远景的储能体系之一。虽然经过了几十年的开展，但是充电机充电锂硫电池的大规模使用依然遭到一些要素的约束，其间中间产品多硫化物的络绎效应以及硫的导电功用差是最杰出的问题。近年来，除了选用各种高比表面碳对多硫化物进行物理约束外，研究人员也测验将极性的金属氧化物（如SiO2，TiO2，MnO2，V2O5）和硫化物（如TiS2，WS2，CoS2）参加硫电极中来，然后有用地吸附可溶性多硫化物，按捺络绎效应，改进充电机充电锂硫电池的循环稳定性。然而大多数金属氧化物与硫化物导电性差，严峻阻止了电子传导，然后导致了低的硫利用率和较差的倍率功用。因而需求寻觅具有高电导率和强吸附才能的电极资料来进一步进步充电机充电锂硫电池的功用。
【成果简介】
9月10日，Nano Energy宣布题为“自支撑的碳包覆介孔氮化钒纳米线薄膜作为高稳定性的充电机充电锂硫电池正极资料”（Freestanding carbon encapsulated mesoporous vanadium nitride nanowires enable highly stable sulfur cathodes for lithium-sulfur batteries）的研究论文，榜首作者为武汉科技大学博士生李星星，通讯作者为武汉科技大学的高标和华中科技大学的霍开富。
【本文亮点】
碳包覆介孔氮化钒纳米线（MVN@C NWs）核壳结构具有以下优势：
（1）具有高导电性的多孔VN作为内核，不只为硫单质供给了负载空间，而且为电子的快速传输供给了通道；
（2）VN内核的化学吸附效果和微孔碳外壳的物理阻挠效果协同按捺了多硫化物的络绎效应，极大地进步了循环功用；
（3）多孔结构的VN能够习惯蓄电池充电机充放电进程中硫的体积改变；
（4）VN内核具有优异的催化功用，能够有用加快多硫化物向固态硫化锂的改变动力学；
（5）S/MVN@C NWs自支撑薄膜由相互交织纳米线组成，无需任何的导电剂和粘结剂，进步了硫载量，并表现出杰出的柔性。
【图文导读】
图（a）S/MVN@C NWs制备进程示意图以及在蓄电池充电机充放电进程中按捺络绎效应的示意图。
以氧化钒纳米线为前驱物，经过简略的多巴胺包覆和氨气处理，以及后续硫的负载来获得S/MVN@C NWs 薄膜电极。因为VN和微孔碳层对多硫化物表现出强的化学吸赞同有用的物理阻止效果，然后有用地按捺了多硫化合物的络绎效应并进步循环稳定性。
S/MVN@C NWs结构与成分表征。
结合电镜图片和面扫成果能够看出硫纳米颗粒巨细为2-5nm，而且首要散布在VN的介孔中。S/MVN@C NWs电极最高硫载量可达82.6wt%。
（a, b）分别为S/MVN@C NWs的TEM图和HR-TEM图；
（c）为S/MVN@C NWs的STEM图片，和S、V、C元素的面扫；
（d）为S/MVN@C NWs组成的柔性电极的相片和厚度；
（e）为不同硫载量S/MVN@C NWs的热重图；
（f）MVN@C NWs负载硫前后的XRD图。
S/MVN@C NWs电极功用图
S/MVN@C NWs因为具有化学吸赞同物理阻止两层效果以及高的电导率，使得电极资料在不同载量条件下都具有很好的稳定性。一起在高电流条件下，仍能保持较高的比容量。
（a）S/MVN@C NWs不同载量的循环功用图；
（b）S/MVN、S/CNT以及S/MVN@C NWs的倍率功用图；
（c）S/MVN、S/CNT以及S/MVN@C NWs的循环功用图。
VN对多硫化物的吸附才能的表征
证明了VN对多硫化物的化学吸附首要来源于两者之间构成强的V-S键。
（a）不同样品多硫化物溶液吸附功用；
（b）图（a）中的上层清液紫外可见吸收光谱图；
（c, d）200次循环后样品的V 2p和S 2p XPS图谱。
S/MVN@C NWs在1C电流下循环200圈前后的SEM图
循环前后的描摹并没有显着的改变，证明多孔的核壳结构能够很好的缓冲在蓄电池充电机充放电进程中的硫的体积改变。
（a, b）S/MVN@C NWs在1C电流下循环200圈前后的SEM图
【小结】
本作业规划了一种具有核壳结构的S/MVN@C NWs作为的充电机充电锂硫电池电极资料。VN内核的化学吸附效果和催化功用以及微孔碳外壳的物理阻挠效果协同处理了多硫化物的络绎效应，能够极大的进步充电机充电锂硫电池的循环功用。一起，这种由高导电性的多孔VN和碳组成核壳结构不只能够为电子的快速传输供给了通道，还能够习惯蓄电池充电机充放电进程中硫的体积改变。试验成果表明根据上述战略而规划的S/MVN@C NWs电极资料具有高的比容量，优异的倍率和循环稳定性，在高功用充电机充电锂硫电池范畴表现出潜在的使用远景。
- 上一篇：充电机充电全聚合物太阳能电池性能的影响的低聚聚苯乙烯材料侧链 2017/9/23
- 下一篇：直流稳压电源电路设计的几个经验之谈 2017/9/23