鄭州大學(xué)張琳琳副教授、河南師范大學(xué)李歡歡副教授報(bào)道了一種質(zhì)子誘導(dǎo)富缺陷釩氧化物/石墨烯復(fù)合納米帶，利用質(zhì)子缺陷的電化學(xué)活性和多價(jià)釩的催化位點(diǎn)及石墨烯的良好導(dǎo)電性，構(gòu)建了具有多硫化物可逆轉(zhuǎn)化的功能隔膜表界面層，顯著提升電池的電化學(xué)可逆性和穩(wěn)定性。
廉價(jià)、環(huán)保、能源密集的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)是便攜式電子設(shè)備廣泛應(yīng)用的載體?；诙嚯娮踊瘜W(xué)反應(yīng)的鋰硫電池因其高理論比容量（1675 mAh g-1）和能量密度（2600 Wh kg-1）備受關(guān)注。但是，多硫化物在電解質(zhì)中溶解引起的穿梭效應(yīng)，活性中間產(chǎn)物在電極界面處的動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，是造成活性硫的不可逆損失和電池容量衰減的主要問(wèn)題，也是影響電池倍率性能和穩(wěn)定性的制約因素。
圖1. G@HNVO與多硫化物的作用示意圖。
為解決上述問(wèn)題，作者通過(guò)一步簡(jiǎn)單水熱反應(yīng)制備了還原氧化石墨烯均勻包覆的質(zhì)子誘導(dǎo)缺陷釩酸鈉納米帶（G@HNVO）。其中，質(zhì)子摻雜不僅可以作為釩酸鹽的層間支柱，還可以通過(guò)取代層間鈉離子誘導(dǎo)產(chǎn)生缺陷。G@HNVO富含的缺陷結(jié)構(gòu)通過(guò)改變材料電導(dǎo)率提高電化學(xué)反應(yīng)活性，還可以作為活性位點(diǎn)固定多硫化物減緩穿梭效應(yīng)。多價(jià)態(tài)金屬釩作為活性催化位點(diǎn)，加速多硫化物的可逆轉(zhuǎn)化反應(yīng)，提高活性物質(zhì)的利用率。在該項(xiàng)工作中，進(jìn)一步通過(guò)理論計(jì)算證實(shí)了G@HNVO與多硫化物的相互作用機(jī)理。因此，基于G@HNVO改性功能隔膜組裝的鋰硫電池在0.2 C電流密度下初始比容量為1494.8 mAh g-1，1.0 C電流密度下穩(wěn)定循環(huán)700周（平均衰減率為0.059%/圈），電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能均得到提升。該工作為構(gòu)筑鋰硫電池的功能表界面層提供了新思路。
圖2. 基于改性隔膜功能界面層組裝的鋰硫電池電化學(xué)性能。
論文信息
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
文章第一作者為陳姿含、梁帥杰和楊操
Chemistry – A European Journal
DOI: 10.1002/chem.202203043
