多硫化物的穿梭效应和缓慢的氧化还原动力学是制约锂硫电池实际应用的主要障碍。在本研究中，我们报道了利用中空碳纳米球(HCSs)、MXene纳米片和CoO(OH)通过简单的自组装工艺制备的嵌入双极金属Ti和Co的阴极材料。由于双极金属相关活性位点引入的强化学吸附和高催化活性，HCS@Co MXene/S阴极的锂电池与HCS/S和HCS@MXene/S阴极相比，电荷转移电阻最低，倍率性能最好。此外，该电池具有1309 mA h g^-1的高初始放电容量，在0.5 C下循环300次后仍保持570 mA h g^-1。. 即使在1℃的放电电流下，电池在120次循环中仍保持728 mA h g⁻¹的可逆容量。因此，在双极金属包埋的情况下，锂离子电池阴极的循环稳定性优于参考阴极。本研究结果为高性能锂电池正极及其器件的简易组装提供了广阔的前景。
 
 
图1 HCS@Co MXene的修复过程示意图。
 
  
图2。光学图像显示HCS的水溶液在不同(a)0 h (b) 1h 静止时间下的变化。 (c) HCS/H₂O和MXene/H₂O分散体系的Zeta电位。(d) HCS的FTIR光谱分析。
 
  
图3 (a) 3D e-Ti₃C₂-1， (b) 3D e-Ti₃C₂-2和(c) 3D e-Ti₃C₂-3的形态演化示意图。(d) 3D e-Ti₃C₂-1 (120 C)、3D e-Ti₃C₂-2 (150 C)和3D e-Ti₃C₂-3 (180 C)的TEM图像。(h)三维e- Ti₃C₂-2的TEM图像。(i)三维e-Ti₃C₂-2的HRTEM图像，(j)傅里叶变换(FFT)模式、FFT反晶格图像和选定区域的晶格间距剖面。(k)三维e-Ti₃C₂-2微球横断面上的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)图像。(l)三维e-Ti₃C₂-2微球的元素映射。
 
  
图4。(a) HCS、HCS@Co MXene和HCS@Co MXene/S的XRD和(b)拉曼光谱。(c) N₂吸附/脱附等温线和(d) HCS@Co MXene和HCS@Co MXene/S孔径分布。
 
 
图5。(a) HCS@Co MXene/S的XPS谱和(b) C 1s， (C) O 1s， (d) S 2p， (e) Ti 2p， (e) Co 2p的高分辨率谱。
 
  
图6。(a) CV曲线，(b)速率性能，(c)不同阴极第一循环后的交流阻抗。(d) HCS@Co MXene/S在不同周期下的交流阻抗图。
 
 
图7 HCS@Co MXene/S阴极在0.5 C时100次循环后的充放电曲线(a)和1 C时不同循环的充放电曲线(b)。不同阴极在(C) 0.5 C和(d) 1 C时的循环性能。
 
  
图8。HCS、HCS@MXene和HCS@Co MXene对Li₂S₆溶液的紫外-可见吸附光谱。
 
       相关科研成果由相关科研成果由合肥工业大学Fancheng Meng等人于2021年发表在ACS Applied Energy Materials (https://pubs.acs.org/10.1021/acsaem.1c02449)上。原文：Self-Assembled Bipolar Metals with Hollow Carbon Spheres for High-Performance Li−S Battery Cathodes。

转自《石墨烯研究》公众号