通过自组装的Co-CoP@MXene实现锂硫电池中高效的多硫化物转化

《Advanced Sustainable Systems》：Enabling Efficient Polysulfide Conversion by Self-Assembled Co-CoP@MXene for Li-S Batteries

锂硫电池因高容量（1675 mAh/g）和环保优势受关注，但存在硫化物绝缘和多硫化物 shuttle效应问题。本研究通过MXene（Co-CoP@MX）复合隔膜，利用层间插入的Co-CoP@HNC结构实现离子传输优化（层间距扩大）与催化活性增强（polar Co-CoP@HNC作为催化中心），结合内置电场（BIEF）驱动多硫化物定向转化，使电池在0.2 C下初始容量达1356.77 mAh/g，1 C下500次循环后容量保持率高达99.92%，且在高负载（8.36 mg/cm2）下仍保持751.08 mAh/g初始容量。

　　

摘要

锂硫（Li-S）电池作为下一代储能设备具有巨大潜力，因为它们具有较高的理论容量（1675 mAh g^?1）、低成本以及环保特性。然而，实际应用受到硫/硫化锂（Li₂S）绝缘性质和多硫化物穿梭效应的阻碍。本文成功制备了中空结构的Co-CoP（Co-CoP@HNC）并将其嵌入到二维MXene（MX）纳米片的层间间隙中（Co-CoP@MX），以改进Li-S电池的隔膜性能。Co-CoP@HNC的嵌入作用扩大了MX纳米片的层间间距，促进了锂离子（Li⁺）的传输；同时，极性的Co-CoP@HNC作为催化中心加速了多硫化物的转化。此外，Co与CoP之间的内置电场（BIEF）驱动吸附的多硫化物从CoP（强吸附）向Co（高催化活性）方向转移，从而加速了其转化过程。因此，采用Co-CoP@MX改性隔膜的电池在0.2 C电流下初始容量为1356.77 mAh g^?1，在1 C电流下保持979.77 mAh g^?1的容量，并且在500次循环后容量衰减率仅为0.078%；在高硫负载（8.36 mg cm^?2）条件下，仍能实现751.08 mAh g^?1的初始容量。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。