陈忠伟/王新/张永光AFM: 双效基底同时提高锂硫电池的可逆性和动力学！

2023年10月10日下午3:36 • 顶刊解读

当前，锂硫（Li-S）电池为高能量和低成本的储能提供了一种有前途的解决方案。然而，其转化型氧化还原机制决定了电池化学在可逆性和动力学方面的较差表现。

在此，加拿大滑铁卢大学陈忠伟院士、华南师范大学王新研究员及河北工业大学张永光教授等人开发了一种装饰有精细分散的Ni₂Co纳米合金的花状还原氧化石墨烯微组件（Ni₂Co@rGO），并将其同时作为Li-S电池的先进正负极基底。

其中，Ni₂Co@rGO的制备过程如下：首先，通过水解和离子交换反应制得NiCo层状双氢氧化物（NiCo-LDH）。随后，NiCo-LDH和GO混合物的喷雾干燥有助于形成花状微组件，其中褶皱的GO纳米片紧紧包裹着LDH纳米多面体。在随后的热处理中，NiCo-LDH分解并伴随着GO的还原形成Ni₂Co@rGO复合材料。

研究表明，所获得的结构提供了高孔隙率和大表面积，并具有足够暴露的界面以进行转化反应。此外，紧密堆积的rGO组件具有强大的结构完整性和良好的长程导电性，而褶皱纳米片之间的间隙为快速离子/质量转移提供了“高速公路”。

图1. Ni₂Co@rGO和S-Ni₂Co@rGO的合成方案

更重要的是，Ni₂Co纳米合金具有优异的硫吸附能力和电催化活性，正如一系列计算、物理化学和电化学表征所揭示的那样，它有效地稳定和加速了正极硫反应，具有超过500圈的优异循环性（每循环最低衰减0.034%）和高达5 C的倍率性能。

此外，Ni₂Co@rGO作为负极基底时还表现出良好的亲锂性，能够实现枝晶生长抑制、均匀的锂沉积和可逆的锂电镀/剥离。基于这些特性，作者进一步构建了耦合S-Ni₂Co@rGO正极和 Li-Ni₂Co@rGO负极的Li-S全电池，在4.0 mg cm^-2的硫负载量和6 mL g^-1的低电解液/硫比（E/S）条件下实现了4.53 mAh cm^-2的高面容量和良好的循环性能。总之，这项工作提供了一种精细的双重基底工程以同时提高优质Li-S电池的转换可逆性和动力学，证明了开发高性能和实用Li-S电池的良好前景。

图2. Li-S全电池的电化学性能

Finely-Dispersed Ni₂Co Nanoalloys on Flower-Like Graphene Microassembly Empowering a Bi-Service Matrix for Superior Lithium–Sulfur Electrochemistry, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202202853

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陈忠伟/王新/张永光AFM: 双效基底同时提高锂硫电池的可逆性和动力学！

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