锂硫电池因其高理论比容量和高能量密度而被认为是一种有前景的储能系统，然而锂硫电池在商业化道路上仍面临许多严峻挑战，包括多硫化锂的穿梭效应、其绝缘性质、充放电过程中活性材料的体积变化以及缓慢的硫氧化还原动力学。本工作将双过渡金属氧化物TiNb₂O₇(TNO)纳米粒子巧妙地沉积在活性炭布(ACC)表面，通过水热反应和高温煅烧活化表面，最终形成柔性自支撑结构，作为硫转化反应的有效催化剂。研究发现，ACC@TNO具有许多催化活性位点，通过促进LiPS转化反应的氧化还原反应动力学，可以抑制LiPS的穿梭效应，提高库仑效率。因此，ACC @ TNO/硫阴极表现出令人印象深刻的电化学性能，包括在1℃的高速率下885毫安时的高初始放电容量，200次循环后825毫安时的高放电比容量，突出的容量保持率为93%，以及每循环0.034%的小衰减率。虽然TNO广泛应用于锂离子电池和其他可充电电池领域，但它首先作为硫主体材料引入，以促进LiPS转化反应的氧化还原反应动力学，并提高锂硫电池的电化学性能。因此，研究TNO对锂硫电池锂铅蓄电池化学吸收和催化转化的协同效应，为进一步提高锂硫电池的综合电化学性能提供了一个很好的策略。
 
  
图1. (a) ACC@TNO/S制备过程原理图； (b)具有互连结构的ACC@TNO的SEM图像； (c) ACC、(d)CC@TNO和(e)ACC@TNO的SEM 图像；(f)树干上苔藓的照片；(g)ACC@TNO的高倍SEM图像；(h) ACC@TNO/S的图片：折叠、扭曲、滚动和舒展。
 
  
图 2. (a) ACC和ACC@TNO 复合材料的XRD谱图和 (b) ACC@TNO、(c) Ti 2p、(d) O 1s、(e)C 1s和(f)Nb的精细 XPS 3d光谱。
 
 
图3。(a)ACC @ TNO/Li₂S₆和ACC/Li₂S₆的紫外-可见吸收光谱(图示显示了吸附现象的比较)，(b)ACC @ TNO-Li₂S₆的S2p的高分辨率XPS光谱，(c)ACC @ TNO吸收Li₂S₆溶液前后的Ti 2p和(d) Nb 3d的XPS测量光谱，(e)ACC/S和ACC@TNO/S的XRD图像，以及(f)ACC/S和ACC@TNO/S的TGA曲线。
 
 
图 4.(a)ACC/S、(b)ACC@TNO/S、(c) ACC/S和ACC@TNO/S在0.2 mV s⁻¹时的CV曲线；(d) ACC/S和ACC@TNO/S在0.2 C时的第一次充放电曲线；(e)ACC@TNO/S 和 ACC/S 的 EIS 曲线；(f)ACC和ACC@TNO对称电池的CV曲线。
 
  
图5. (a) ACC/S和(b) ACC@TNO/S不同扫描比下的CV曲线以及(c) ACC/S和(d) ACC@TNO/S的峰值电池电流线性图。
 
 
图 6. (a) ACC/S和(b)ACC@TNO/S不同倍率下的GCD曲线以及 (c) ACC/S 和(d) ACC@TNO/S 在不同循环下的典型充放电曲线。(e) 合成材料的倍率性能，正极在(f) 0.2 C 和 (g) 1 C 下的循环性能，以及(h)ACC@TNO/S 在0.2 C下的面积容量。
 
        相关科研成果由湘潭大学Manfang Chen和Xianyou Wang等人于2021年发表在ACS Applied Materials & Interfaces（https://doi.org/10.1021/acsami.1c21373）上。原文：Engineering a TiNb₂O₇-Based Electrocatalyst on a Flexible Self-Supporting Sulfur Cathode for Promoting Li-S Battery Performance。

转自《石墨烯研究》公众号