郑州大学张琳琳副教授、河南师范大学李欢欢副教授报道了一种质子诱导富缺陷钒氧化物/石墨烯复合纳米带,利用质子缺陷的电化学活性和多价钒的催化位点及石墨烯的良好导电性,构建了具有多硫化物可逆转化的功能隔膜表界面层,显著提升电池的电化学可逆性和稳定性。
廉价、环保、能源密集的电化学储能技术是便携式电子设备广泛应用的载体。基于多电子化学反应的锂硫电池因其高理论比容量(1675 mAh g-1)和能量密度(2600 Wh kg-1)备受关注。但是,多硫化物在电解质中溶解引起的穿梭效应,活性中间产物在电极界面处的动力学转化反应,是造成活性硫的不可逆损失和电池容量衰减的主要问题,也是影响电池倍率性能和稳定性的制约因素。
图1. G@HNVO与多硫化物的作用示意图。
为解决上述问题,作者通过一步简单水热反应制备了还原氧化石墨烯均匀包覆的质子诱导缺陷钒酸钠纳米带(G@HNVO)。其中,质子掺杂不仅可以作为钒酸盐的层间支柱,还可以通过取代层间钠离子诱导产生缺陷。G@HNVO富含的缺陷结构通过改变材料电导率提高电化学反应活性,还可以作为活性位点固定多硫化物减缓穿梭效应。多价态金属钒作为活性催化位点,加速多硫化物的可逆转化反应,提高活性物质的利用率。在该项工作中,进一步通过理论计算证实了G@HNVO与多硫化物的相互作用机理。因此,基于G@HNVO改性功能隔膜组装的锂硫电池在0.2 C电流密度下初始比容量为1494.8 mAh g-1,1.0 C电流密度下稳定循环700周(平均衰减率为0.059%/圈),电池的循环稳定性和倍率性能均得到提升。该工作为构筑锂硫电池的功能表界面层提供了新思路。
图2. 基于改性隔膜功能界面层组装的锂硫电池电化学性能。
论文信息
Proton induced defect-rich vanadium oxides as reversible polysulfide conversion sites for high performance lithium sulfur battery
Zihan Chen, Shuaijie Liang, Cao Yang, Huanhuan Li, Linlin Zhang
文章第一作者为陈姿含、梁帅杰和杨操
Chemistry – A European Journal
DOI: 10.1002/chem.202203043