武汉理工 麦立强团队Small：MoS₂纳米片上Ni单原子提升Li-S电池动力学

标题：Ni Single Atoms on MoS₂Nanosheets Enabling Enhanced Kinetics of Li-S Batteries

第一作者：Chenxu Dong

通讯作者：Liqiang Mai, Xu Xu

研究内容：

由于穿梭效应和缓慢的氧化还原反应严重阻碍了Li-S电池的实际应用，所以需要一个更好的功能性分离器来解决这个问题。在这里，由带有Ni单原子的MoS₂纳米片修饰的聚丙烯分离器被制备来避免Li-S电池的穿梭效应和加速缓慢的氧化还原反应。与纯MoS₂纳米片相比，Ni-MoS₂纳米片展现了优秀的吸附和催化性能以克服穿梭效应。用这个分离器组装的Li-S电池表现出突出的循环稳定性，在2 C下，超过了400个循环，每个循环衰减0.01%。此外，即使在7.5 mg cm^-2的高硫负载下，电池仍然提供了一个6.9 mAh cm^-2的初始容量，在50个循环之后，由于多硫化物的快速转化，电池仍保持5.9 mAh cm^-2的容量。

文章要点：

要点一：通过一个简单的方法合成了单Ni原子掺杂的MoS₂纳米片，将其用来对分离器进行修饰。还有，通过一个简单的涂层方法，聚丙烯分离器被Ni-MoS₂纳米片修饰。这个Ni-MoS₂@PP分离器具有一些固有的优势，比如高电解液吸收性能，良好的机械性能和热稳定性，改善了Li-S电池的安全。此外，Ni原子和MoS₂的协同作用可以创建丰富的吸附和催化位点，极大地吸附可溶性长链多硫化物和促进氧化还原动力学。

要点二：这个带有Ni-MoS₂@PP分离器的Li-S电池展现了令人满意的电化学性能。在2 C下，超过了400个循环，每个循环衰减0.01%。此外，即使在7.5 mg cm^-2的高硫负载下，电池仍然提供了一个6.9 mAh cm^-2的初始容量，在50个循环之后，由于多硫化物的快速转化，电池仍保持5.9 mAh cm^-2的容量。总之，当前的工作为应用单原子催化到具有好的吸附性能的极性材料中提供了一种简单的方法来协同促进在Li-S电池当中的吸附和催化性能。

图1：Ni-MoS₂纳米片修饰的Li-S电池分离器的工作机制示意图。

图2：Ni-MoS₂纳米片的形貌分析。

图3：a) Ni-MoS₂@PP分离器表面的SEM图像。b) Ni-MoS₂@PP分离器的横截面SEM图像。c) PP和Ni-MoS₂@PP分离器的应力-应变曲线。d) Ni-MoS2@PP分离器和e) PP分离器的接触角测量。f) Ni-MoS₂@PP和PP分离器加热在130℃的热成像的照片 (上方分离器，下方是Ni-MoS₂@PP分离器)。

图4：Ni-MoS₂@PP分离器及其控制样品的电化学性能。a) CV曲线。b, c) 从阴极CV曲线获得的Tafel斜率。d) 对称电池的CV曲线。e) 倍率的性能。f) 在0.5 C时，带有Ni-MoS₂@PP分离器的Li-S电池的循环性能。g) Ni-MoS₂@PP分离器在2 C时的长期性能。h) 带有7.5 mg cm^-2的高硫负载量的Ni-MoS₂@PP分离器的循环性能。

图5：DFT计算。

参考文献：

Ni Single Atoms on MoS₂ Nanosheets Enabling Enhanced Kinetics of Li-S Batteries

Chenxu Dong, Cheng Zhou, Yan Li, Yongkun Yu, Tianhao Zhao, Ge Zhang, Xinhui Chen, Kaijian Yan, Liqiang Mai*, Xu Xu*

Small

DOI：10.1002/smll.202205855

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