SCMs|MOF衍生的Co4S3/C纳米阵列调控锂硫电池中锂离子迁移和硫化锂沉积

多硫化锂的飞梭效应与不可控硫化锂(Li₂S)的沉积现象严重阻碍了高性能锂硫电池的实现。近日，厦门大学彭栋梁教授和解荣军教授等人在SCIENCE CHINA Materials发表研究论文，制备了一种负载有Co₄S₃/C多孔纳米阵列的自支撑碳布(CC)基夹层(Co₄S₃/C@CC)，其中Co₄S₃/C多孔纳米阵列是以钴基金属-有机框架(Co-MOF)纳米片为模板制备而成的。

Co₄S₃/C@CC夹层中相互连接的碳网络和极性Co₄S₃纳米粒子不仅能有效地抑制多硫化物飞梭，而且能显著地促进锂离子(Li⁺)的传导，其Li⁺迁移数高达0.86。此外，极性Co₄S₃纳米粒子与导电碳基底之间丰富的界面能够作为反应中心以加速多硫化物的转化与引导Li₂S的花状生长，最终减轻Li₂S对夹层表面的钝化以及提高硫的利用率。因此，载有Co₄S₃/C@CC夹层的锂硫电池可以提供出色的倍率容量(在10 C时比容量为368.7 mA h g⁻¹)、稳定的循环性能(在2.0 C下1400周循环过程中衰减率为0.045%)以及高初始面容量(在0.2 C且硫含量为4.6 mg cm⁻²时面容量达到4.83 mA h cm⁻²)。

图1 Li-S电池的示意图和电化学性能。

这项工作展现了自支撑催化夹层对高性能锂硫电池中选择性Li⁺传导和Li₂S沉积的调控能力。

文章信息

Liu, J., Song, Y., Lin, C. et al. Regulating Li⁺ migration and Li₂S deposition by metal-organic framework-derived Co₄S₃-embedded carbon nanoarrays for durable lithium-sulfur batteries. Sci. China Mater. (2021). https://doi.org/10.1007/s40843-021-1815-2

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