設(shè)計(jì)致密的高硫負(fù)載正極，同時(shí)獲得快速的硫氧化還原動力學(xué)并其在抑制貧電解質(zhì)中的穿梭穿梭效應(yīng)是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，即在不犧牲鋰硫電池（LSBs）質(zhì)量容量的情況下同時(shí)獲得高體積能量與高面容量。在此，我們開發(fā)了一種陽離子摻雜策略來調(diào)節(jié)MoSe
2的電子結(jié)構(gòu)和催化活性，并與導(dǎo)電的Ti
3C
2T
x MXene進(jìn)行原位雜化，從而獲得一種作為高效硫主體的Co-MoSe
2/MXene 雙功能催化劑。結(jié)合致密硫正極的智能設(shè)計(jì)，制造的高密度 S/Co-MoSe
2/MXene 整體陰極（密度：1.88 g cm
-3，電導(dǎo)率：230 S m
-1）實(shí)現(xiàn)了1454 mAh g
−1的高質(zhì)量比容量和3659 Wh L
−1 的超高體積能量密度，更為重要的是在貧電解液下獲得了較高的面容量(~8.0 mAh cm-2)。實(shí)驗(yàn)和DFT理論結(jié)果揭示將Co元素引入MoSe
2平面可以形成更短的Co-Se鍵，促使 Mo 3d 帶接近費(fèi)米能級，并在多硫化物和Co-MoSe
2之間提供強(qiáng)相互作用，從而提高其固有的電子電導(dǎo)率，使其在致密的高硫負(fù)載正極中實(shí)現(xiàn)快速氧化還原動力學(xué)和均勻的Li
2S成核。這項(xiàng)工作為在貧電解液條件下構(gòu)建高體積能量密度、高面積容量的LSB提供了一個(gè)很好的策略。
Figure 1. 合成過程和機(jī)制。Co-MoSe
2/MXene催化劑(A)和高密度S/Co-MoSe
2/ MXene (B)的整體示意圖。(C)Co-MoSe
2/MXene催化劑對多硫化物的吸附和催化轉(zhuǎn)化機(jī)制。
Figure 2. Co-MoSe
2/MXene催化劑的微觀結(jié)構(gòu)。(A)Co-MoSe
2/MXene的SEM圖。(B) TEM圖。(C) HAADF-STEM圖。(D，E) HR-STEM圖。(F)是從(E)中的黃色部位獲得的線掃描強(qiáng)度剖面。(G，H)HR-STEM圖及其SAED圖案。 (I
1)-(I
5)分別對應(yīng)于碳(C)、鈦(Ti)、硒(Se)、鈷(Co) 和鉬(Mo)。
Figure 3. MoSe
2/MXene催化劑的結(jié)構(gòu)表征和DFT模擬分析。 (A，B) Co-MoSe
2/MXene 和MoSe
2/MXene的XRD圖案和(C)拉曼光譜。(D) 由MoSe
2/MXene和Co-MoSe
2/Mxene的k
2x
(k) 傅立葉變換(FT)和(D
1，D
2)小波變換(WT) 等高線圖分別得到Co-MoSe
2/MXene、MoSe
2/MXene 和Mo箔的徑向分布函數(shù)。(E-G) 分別為MoSe
2/MXene和Co-MoSe
2/MXene 的Se 3d、Mo 3d和Co 2p的XPS光譜。(H) MoSe
2和Co-MoSe
2的主要軌道貢獻(xiàn)TDOS圖和 (I，J) PDOS圖。
.png)
Figure 4. 硫物種的吸收和催化轉(zhuǎn)化機(jī)理及其DFT計(jì)算模擬分析。(A)Co-MoSe
2/MXene和MoSe
2/MXene催化劑對Li
2S
6的可視化吸附。(B-E)Co-MoSe
2/MXene催化劑吸附Li
2S
6后的Se 3d、Mo 3d、S 2p和Ti 2p 的高分辨率 XPS光譜。(F)采用Co-MoSe
2/MXene和MoSe
2/MXene電極的對稱虛擬電池在 1.0 mV s
-1 下的CV曲線。(G，H) MoSe
2/MXene和Co-MoSe
2/MXene催化劑上2.05 V的恒電位放電曲線和(I)PITT下的電流曲線。Li
2S
8、Li
2S
6、Li
2S
4和Li
2S分子與MoSe
2或Co-MoSe
2在(002)面(J)和(100)面(K)之間通過DFT計(jì)算的吸附能。吸附后Co-S和Mo-S在(002)面(L)和(100)面(M)上的鍵長。
.png)
Figure 5. S/Co-MoSe
2/MXene 整體的微觀結(jié)構(gòu)及其在E/S比為12.0 μL m g
-1的常規(guī)電解質(zhì)中的電化學(xué)性能。 (A) S/Co-MoSe
2/MXene在干燥前后的光學(xué)圖像。 (B-D) 高密度S/Co-MoSe
2/MXene的SEM 圖像。(D
1−D
7)為元素映射，其中D1到D7分別對應(yīng)于硒(Se)、鉬(Mo)、碳(C)、鈦(Ti)、鈷(Co)、硫(S)和氧(O) ，(E，F(xiàn))為恒電流放電-充電曲線，(G)倍率性能，以及(I) 0.1-5.0 C下相應(yīng)的體積能量密度和體積容量。(H) 0.5 C下的循環(huán)穩(wěn)定性比較。(J)體積容量和在0.5 C下循環(huán)100次的體積能量密度。(K)厚而致密的整體式正極和致密的自支撐整體式正極在 0.1 C下的面容量和循環(huán)穩(wěn)定性。
.png)
Figure 6. 0.1 C貧電解質(zhì)中致密且厚的S/Co-MoSe
2/MXene整體正極的電化學(xué)性能。(A)面積容量在12、5和3.5 μL m g-
1 E/S比下的恒電流充電/放電曲線。(B)E/S比為5.0 μL m g-
1 時(shí)的長期循環(huán)穩(wěn)定性。(C)重量和體積容量和(D)100次循環(huán)后的體積能量密度，以及(E) E/S比為3.5 μL m g-
1時(shí)的面積容量。(F)我們設(shè)計(jì)的致密整體正極和最近報(bào)道的先進(jìn)正極在體積能量密度、陰極密度和E/S比的比較。
相關(guān)研究成果由廣東工業(yè)大學(xué)Yunyong Li課題組于2021年發(fā)表在《ACS NANO》（https://doi.org/10.1021/acsnano.1c02047）上。原文：Ultrahigh-Volumetric-Energy-Density Lithium-Sulfur Batteries with Lean Electrolyte Enabled by Cobalt-Doped MoSe2/Ti3C2Tx MXene Bifunctional Catalyst。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
.jpg)
