解決能源和環(huán)境問(wèn)題迫切需要探索具有高能量密度和能量轉(zhuǎn)換效率的儲(chǔ)能體系。鋰硫電池具有高比能、低成本和資源豐富等優(yōu)勢(shì)被視為下一代高能量密度電池體系的理想選擇之一。但硫固有的絕緣性以及在電化學(xué)反應(yīng)中生成的中間產(chǎn)物多硫化鋰會(huì)溶解于電解液，導(dǎo)致活性材料與導(dǎo)電載體剝離，電池內(nèi)阻增大。另外，長(zhǎng)鏈多硫化鋰會(huì)被遷移至負(fù)極與鋰反應(yīng)生成短鏈多硫化鋰，造成絕緣性的 Li2S 和 Li2S2 沉積，上述過(guò)程在充放電過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，最終造成活性物質(zhì)損失，縮短電池壽命。
基于以上背景，齊魯工業(yè)大學(xué)任慢慢教授課題組與鄭州大學(xué)張旭研究員合作設(shè)計(jì)并制備了鈷鎳雙金屬磷化物量子點(diǎn)修飾的氧化石墨烯(CoNiP-rGO)復(fù)合材料，并將其用作鋰硫電池的硫載體。掃描和透射電鏡圖像顯示，小于 10 納米的 CoNiP 量子點(diǎn)均勻分散在還原氧化石墨烯納米片上。還原氧化石墨烯在保證了 CoNiP 量子點(diǎn)均勻分散的同時(shí)提高了電極的電子電導(dǎo)率。與其他文獻(xiàn)報(bào)道的 CoP 或 NiP 硫載體相比，CoNiP-rGO 復(fù)合材料在比容量和循環(huán)穩(wěn)定性等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)出高容量(3C 下 598.2 mA h g-1)和循環(huán)穩(wěn)定性(1C 下循環(huán) 600 次平均每圈容量衰減率為 0.06%）。本工作為制備金屬磷化物量子點(diǎn)/還原氧化石墨烯復(fù)合材料作為鋰硫電池硫載體提供了一種簡(jiǎn)單而普遍適用的方法。
該成果發(fā)表于 Journal of Materials Chemistry A（DOI：10.1039/D1TA03608D），并入選該期的封面論文。該工作得到了山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
論文信息
A composite of CoNiP quantum dot-decorated reduced graphene oxide as a sulfur host for Li–S batteries
Tingjiao Xiao, Fengjin Yi, Mingzhi Yang, Weiliang Liu, Mei Li, Manman Ren*(任慢慢, 齊魯工業(yè)大學(xué)), Xu Zhang and Zhen Zhou
J. Mater. Chem. A, 2021,9, 16692-16698
http://doi.org/10.1039/D1TA03608D
齊魯工業(yè)大學(xué)第一作者簡(jiǎn)介
本科畢業(yè)于河北工程大學(xué)材料成型專業(yè)?，F(xiàn)為齊魯工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院納米新能源材料專業(yè)碩士研究生。主要研究方向?yàn)榧{米儲(chǔ)能材料。
齊魯工業(yè)大學(xué)通訊作者簡(jiǎn)介
2003 年本科畢業(yè)于曲阜師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院化學(xué)專業(yè)。2009 年畢業(yè)于南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院無(wú)機(jī)化學(xué)專業(yè)，獲理學(xué)碩士和博士學(xué)位。2017-2018 年在澳大利亞昆士蘭大學(xué)作訪問(wèn)學(xué)者?，F(xiàn)為齊魯工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授。系統(tǒng)研究了釩系磷酸鹽鋰離子電池正極材料以及金屬氧化物、硫化物和磷化物在鋰離子電池、鈉離子電池和鋰硫電池中的應(yīng)用。在 J. Mater. Chem. A、ACS Appl. Mater. Interfaces 和 J. Power Sources 等期刊發(fā)表論文 40 余篇。主要研究方向?yàn)榧{米儲(chǔ)能材料。
鄭州大學(xué)
2014 年本科畢業(yè)于南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院化學(xué)專業(yè)。2019 年畢業(yè)于南開(kāi)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料物理與化學(xué)專業(yè)，獲工學(xué)博士學(xué)位。2019-2021 年為南開(kāi)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院助理研究員(博士后)?，F(xiàn)為鄭州大學(xué)化工學(xué)院研究員。研究揭示了 MXene 等多種二維材料的物理化學(xué)特性和潛在應(yīng)用，部分結(jié)果為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；發(fā)展了層狀和二維材料高通量篩選方法，篩選了鈉離子電池材料和光解水催化劑；通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)與機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)合設(shè)計(jì)了多種單原子電催化劑。在 Adv. Energy Mater.、Adv. Sci. 和 J. Mater. Chem. A 等期刊發(fā)表第一/通訊作者論文 20 余篇。主要研究方向?yàn)楦咄坑?jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)。
