鋰氧氣電池由于具有較高的能量密度（3500 Wh kg-1）因而被視作是可以替代鋰離子電池的下一代儲(chǔ)能體系。鋰氧氣電池基于2Li+ + O2 + 2e- ? Li2O2 (E° = 2.96 V vs Li/Li+) 的三相反應(yīng)，其放電產(chǎn)物L(fēng)i2O2導(dǎo)電性差，反應(yīng)過(guò)程中Li2O2的過(guò)量積累將會(huì)掩蓋活性位點(diǎn)，阻礙電荷傳導(dǎo)路徑，不僅降低電池容量，也會(huì)影響電池循環(huán)壽命，從而限制其實(shí)際應(yīng)用。 基于此，蘇州大學(xué)鄧昭教授針對(duì)鋰氧氣電池中放電產(chǎn)物形成的問(wèn)題，在碳布上構(gòu)建了MoS2/MoN異質(zhì)結(jié)作為鋰氧氣電池的自支撐正極。相對(duì)于MoS2@CC通過(guò)熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)誘導(dǎo)Li2O2結(jié)晶，形成難分解的晶態(tài)Li2O2, MoS2/MoN@CC在放電過(guò)程中則通過(guò)動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)Li2O2的形核長(zhǎng)大，生成易分解的非晶態(tài)Li2O2，從而極大提高電池的電化學(xué)性能。
圖1 MoS2/MoN異質(zhì)結(jié)形成過(guò)程和放電產(chǎn)物形成過(guò)程示意圖 圖2 MoS2/MoN異質(zhì)結(jié)表面放電產(chǎn)物的DFT計(jì)算 通過(guò)理論計(jì)算結(jié)果表明，中間產(chǎn)物L(fēng)iO2在MoS2/MoN異質(zhì)結(jié)表面吸附能最大，表明LiO2會(huì)優(yōu)先吸附在異質(zhì)結(jié)上，隨后放電產(chǎn)物以表面機(jī)制生長(zhǎng)。差分電荷密度指出MoN中的Mo原子會(huì)正偏，并與LiO2中的氧原子產(chǎn)生更強(qiáng)的鍵合作用，而態(tài)密度進(jìn)一步表明異質(zhì)結(jié)的費(fèi)米能級(jí)位于離散導(dǎo)帶，表現(xiàn)出顯著的金屬性，因而材料電導(dǎo)率得到提升。得益于此獨(dú)特結(jié)構(gòu)，電池實(shí)現(xiàn)了0.79 V的低充放電極化，9.04 mAh cm-2的高比容量，及在0.1 mA cm-2的電流密度下穩(wěn)定循環(huán)超過(guò)200圈。這項(xiàng)工作為通過(guò)構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面來(lái)提高鋰氧氣電池的性能來(lái)調(diào)控放電產(chǎn)物的形貌提供了一個(gè)新的思路。 論文信息 Conformal Lithium Peroxide Growth Kinetically Driven by MoS2/MoN Heterostructures Towards High-Performance Li?O2 Batteries Yuting Gu, Yong Ma, Le Wei, Yuebin Lian, Ying He, Yanhui Su, Xinjian Li, Prof. Yang Peng, Prof. Zhao Deng Batteries＆Supercaps DOI: 10.1002/batt.202200222
