雷维新教授团队在Acta Materialia发表研究成果

时间:2023年09月20日 19:20   来源:    阅读量:

近日,我院雷维新教授团队在材料科学与工程领域国际著名期刊Acta Materialia上发表题为“硫锂电池高导电率稳定宿主中Fe3C量子点、N掺杂碳和硒的协同效应”(Synergistic effect of Fe3C quantumdots, N-doped carbon and selenium on high conductive stable host for lithium sulfur batteries)的研究论文。我院硕士研究生许旭明为文章第一作者,雷维新教授为论文通讯作者,我校为论文的第一单位。

作为下一代储能系统的候选者之一的锂硫电池,由于多硫化物穿梭效应的存在,使其的库仑效率低和容量快速衰退。制备对多硫化物具有良好吸附能力的宿主,被认为是缓解多硫化物穿梭效应的有效措施。宿主对多硫化物的吸附形式存在化学吸附和物理吸附两种。然而,大部分研究工作都只主要针对单一的物理吸附或化学吸附,未能实现两者之间的有效协同作用。雷维新教授团队通过控制简单的一步化学活化法,以大蒜为前驱体制备了高分散Fe3C量子点复合高孔隙率生物碳复合材料作为硫宿主。进一步调节Fe3C含量和比表面积,探究Fe3C化学吸附和多孔碳物理吸附的协同效应。

SEM和TEM测试显示,制备的材料呈三维多孔结构,且分布有约为1.6 nm的Fe3C 量子点。通过BET测试,发现Fe3C的增加会使得比表面积降低,这意味着复合材料的物理吸附能力随着Fe3C的增加而减弱。通过XPS表征吸附了多硫化物的复合材料,证实Fe3C对多硫化物具有化学吸附能力。Fe3C的增加会增强复合材料的化学吸附能力。多硫化物吸附实验及紫外-可见光光谱表明,GC/(Fe3C)2.7具有优异的多硫化物吸附能力,说明复合材料对多硫化物的吸附效果不是只取决于单一的吸附,而是物理吸附和化学吸附协同作用的结果。

此外,CV和EIS测试以及Li+扩散系数计算结果也表明,由于Fe3C的存在,GC/(Fe3C)2.7具优越的电催化能力。得益于物理吸附和化学吸附的协同作用,以及优越的电催化能力,使GC/(Fe3C)2.7表现出优异倍率性能。并在1 C和5 C的高电流密度下保持了稳定的循环性能。

 

Sulfur Cathodes

Current

Density

Capacity Decay (mA h g 1)

Cycle

Number

Per-cycle Capacity Loss (%)

Ref.

 

GC/(Fe3C)2.7@SSe

1 C

803.7→363.1

1000

0.055

this work

 

5C

424.5→363.1

500

0.048

S-NCNT/ NPCNs

1C

881.2→548.1

300

0.126

J. Alloys Compd. 877 (2021) 160286.

Fe3C/Fe3N@NCNT-800/S

1 C

707.0→439.0

400

0.094

ACS Appl. Mater. Interfaces 13(17) (2021) 20153-20161.

Fe3C@N–C/S

0.5C

862.0→586.0

400

0.080

Nanoscale 11(44) (2019) 21532-21541.

S/Fe3C@NPC

1C

799→575.0

500

0.056

Surf. Interfaces 30 (2022) 101869.

Fe3C@NCNT/G/S

1 C

674.0→532.5

500

0.049

J. Alloys Compd. 899 (2022) 163245.

Fe3C-PBC/S

2 C

819.0→677.0

500

0.035

J. Colloid Interface Sci. 605 (2022) 129-137.

S@FeCo/Fe3C-CNC

1C

584.0→499.0

500

0.029

J. Colloid Interface Sci.  628 (2022) 54-63.

 

论文信息

Synergistic effect of Fe3C quantumdots, N-doped carbon and selenium on high conductive stable host for lithium sulfur batteries

Xuming Xu, Hongyan Chen, Hongda Duan, Wenying Yang, Xupeng Xu, Youlan Zou, Zengsheng Ma, Weixin Lei

 原文链接:https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119309

 

上一条:湘潭大学第二届专业文化节之“教授讲专业”第二场成功举办 下一条:菠菜广告投放平台召开2023级迎新大会

关闭