清華大學(xué)呂偉《AFM》三明治碳納米管層狀MXene復(fù)合氣凝膠，實(shí)現(xiàn)高硫負(fù)載的穩(wěn)定鋰硫電池

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關(guān)注 2021年5月27日 10:45

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【科研摘要】

在高硫負(fù)荷下實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性是鋰硫（ Li–S）電池實(shí)際使用的基本要求。 最近 ， 清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院 呂偉副研究員 團(tuán)隊(duì) 通過(guò)單向冷凍干燥制備了由Ti ₃ C ₂ T _x MXene/碳納米管（CNT）三明治組成的層狀氣凝膠，以提高高硫負(fù)荷電池的循環(huán)穩(wěn)定性。由于獨(dú)特的平行排列結(jié)構(gòu)，所生產(chǎn)的材料被表示為平行排列的MXene/CNT（PA-MXene/CNT）。

MXene/CNT/MXene夾層的薄片形成多個(gè)物理屏障，再加上MXenes的化學(xué)捕獲和催化活性，有效抑制了高硫負(fù)載下的多硫化鋰（LiPS）穿梭，更重要的是，大大提高了3D主機(jī)的LiPS 限制能力不含微孔和中孔。 組裝好的 Li–S電池可提供712 mAh g ^-1 的高容量和7 mg cm ^-2 的硫負(fù)荷，以及出色的循環(huán)穩(wěn)定性，在0.5 C的800個(gè)循環(huán)中，每個(gè)循環(huán)的容量衰減為0.025％。在10 m g cm ^-2 的電導(dǎo)率下，經(jīng)過(guò)300次循環(huán)后，可獲得6 mAh cm ^-2 以上的高面積容量。 這項(xiàng)工作為合理設(shè)計(jì)高硫負(fù)荷主機(jī)提供了一個(gè)典型示例，這對(duì)于Li-S電池的實(shí)際使用至關(guān)重要 。相關(guān)論文以題為 Lamellar MXene Composite Aerogels with Sandwiched Carbon Nanotubes Enable Stable Lithium–Sulfur Batteries with a High Sulfur Loading 發(fā)表在《 A dvanced Functional Materials 》上。

【主圖導(dǎo)讀】

圖1 a）通過(guò)單向冷凍干燥的PA-MXene/CNT氣凝膠的組裝過(guò)程示意圖。b–e）b）頂視圖，c）側(cè)視圖和d）PA-MXene/CNT-50氣凝膠的高放大倍率的SEM圖像，e）RA-MXene/CNT-50氣凝膠。f）PA-MXene/CNT-50和RA-MXene/CNT-50氣凝膠的N ₂ 吸附/解吸等溫線。g）用不同的氣凝膠進(jìn)行的靜態(tài)Li2S6吸附測(cè)試的照片。

圖2 a）以PA-MXene/CNT或RA-MXene/CNT為主體，Li2S6溶液為陰極的Li-S電池示意圖。b）使用PA-MXene/CNT-50和RA-MXene/CNT-50的電池的額定性能。c）PA-MXene/CNT-50在1.7至2.8 V（vs Li ⁺ /Li）之間的電池的充電/放電曲線。d）PA-MXene/CNT-50和RA-MXene/CNT-50在0.2 C下的電池的充電/放電曲線。e）PA-MXene/CNT-50和RA-MXene/CNT的電池的循環(huán)伏安圖 在0.1 mV s ^-1 時(shí)為-50。f）C2峰值電流與LiPSs到Li ₂ S ₂ /Li ₂ S陰極還原過(guò)程的掃描速率平方根的關(guān)系圖。g）具有PA-MXene/CNT-50和RA-MXene/CNT-50的電池的循環(huán)性能。

圖3 a–c）a）PA-MXene/CNT-25，b）PA-MXene/CNT-75和c）PA-MXene氣凝膠的俯視SEM圖像，插圖是放大倍數(shù)較高的圖像。d）不同PA-MXene/CNT和PA-MXene氣凝膠的XRD圖譜。e）SSA和氣凝膠中CNT重量百分比之間的關(guān)系。f）Li2S6陰極電解質(zhì)的吸附能力和不同氣凝膠的孔體積。g–j）使用g）PP，h）PA-MXene/CNT-25，i）PA-MXene/CNT-50和j）PA-MXene/CNT-75氣 凝膠作為隔板，測(cè)量 H細(xì)胞中的多硫化物滲透率。

圖4 a，b）在不同硫含量下，在0.5和1 C下，具有不同MXene含量的PA-MXene/CNT電極的容量。c，d）在0.5 C下硫負(fù)載為7和10 mg cm ^-2 的PA-MXene/CNT-50電極的循環(huán)性能。e）與最近使用PA-MXene/CNT-50電極的面容量和硫負(fù)載的比較 報(bào)告了鋰電池。

參考文獻(xiàn) ： doi.org/10.1002/adfm.202100793

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【往期回顧】

【1】 《Science Advances》康奈爾大學(xué)馬明林：可細(xì)胞遞送的水凝膠反向呼吸封裝系統(tǒng)

【2】《大分子》浙大吳子良/鄭強(qiáng)/杜淼，華工孫桃林：氫鍵締合介導(dǎo)的韌性超分子水凝膠的動(dòng)力學(xué)和粘彈性

【3】 臺(tái)灣大學(xué)徐善慧《材料化學(xué)》分層膠束結(jié)構(gòu)和快速粘合性的可注射酚醛-殼聚糖自修復(fù)水凝膠

【4】 《AFM》北化劉惠玉/郭新東：NIR激光觸發(fā)的微針液體創(chuàng)可貼，用于傷口護(hù)理