图1:(a) V2O3/V8C7异质结的高倍透射电镜图;(b) V2O3/V8C7异质结构抑制穿梭效应机制的示意图; (c)- (e) Li2S在不同反应表面上的沉积;(f) 折叠180o时的软包电池;(g)软包电池在0.2 C下的循环性能
卢红斌课题组报道了一种由MOF衍生的具有异质结构的多孔催化V2O3 / V8C7 @C复合材料(图1)可以有效且同步地解决上述问题,即抑制穿梭效应,改善多硫化锂的转化动力学并增加硫的质量负载/利用率。他们构建了一种多功能正极材料,其中硫负载在MOF衍生的V2O3 / V8C7 @C上;石墨烯用作导电衬底,碳化框架保留了MOF高孔隙率和高比表面积(328.6 m2 g-1)的特性,因此可以实现高硫负荷。石墨烯不仅在提高电导率方面起作用,而且还充当阻止硫损失的物理屏障。更重要的是,均匀分布在碳质骨架上的V2O3 / V8C7异质结构可以增强多硫化锂从捕获到转移和转化的调控,避免了多硫化锂在电解质中的积累,并提高了硫的利用率。基于以上特性,正极表现出极高的速率能力(587.6 mA h g-1 at 5 C)和长的循环寿命(1000个循环后,每个循环的衰减率为0.017%)。即使在高硫负载下(8.1 mg cm-2),正极也具有出色的电化学性能。更关键的是,V2O3 / V8C7异质结构可以更进一步应用于软包电池。即使经过150次循环,该电池仍可以保持4.3 mA h cm-2(716.8 mA h g-2)的出色面积容量,这仍然高于商用锂离子电池(4.0 mA h cm-2)和大多数Li-S电池报道的结果。这种解决高硫负载下穿梭效应的策略为高性能锂硫电池的进一步发展提供了一种有效的新思路。
论文链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c02762