云南民大《Dalton Trans》：以废弃蜂窝为原料制备N掺杂分层多孔碳材料，用于锂硫电池

1成果简介 

由于硫的导电性差、多硫化物穿梭效应和体积膨胀，具有高理论容量的锂硫电池的应用前景仍然受到严重限制。本文，云南民族大学 向明武副教授团队等在《Dalton Trans》期刊发表名为“Waste-honeycomb-derived in situ N-doped Hierarchicalporous carbon as sulfur host in lithium–sulfur battery”的论文，研究利用低成本和富含碳/氮的废蜂窝原位合成N掺杂的分级多孔碳（INHPC），并首次通过简单的高温碳化结合KHCO 3活化将其用作硫主体。

详细研究了活化剂与蜂窝材料的质量比对所制备的碳材料的形貌和孔结构的影响。其中，优化的INHPC质量比为4 : 1 呈现块状形态，孔隙结构相互连接，同时具有 1683.6m2g -1的高比表面积和0.974cm3g-1的大孔体积。此外，原位N掺杂碳材料不仅具有良好的电子导电性，而且与多硫化物中间体的化学吸附能力强，从而有效缓解穿梭效应。当用作硫主体时，所获得的硫含量为 60 wt% 的 INHPC-4/S 复合正极可提供 913.4mAhg-1的高初始放电容量，并在之后保持538.3mA hg -1的可逆容量。在 0.2C下循环200次。即使在1C的电流速率下，第一次放电容量为 623.2mA hg -1，同时实现高达500次循环的耐用循环寿命。这些良好的电化学性能归因于原位N掺杂和分级多孔结构的物理化学协同吸附以及高离子/电子电导率。

2图文导读  

图1、 HCC/S和INHPC/S复合材料的制备示意图。

图2、 (a-d) HCC和INHPC-4的SEM图像；(e-h) HCC和INHPC-4的TEM 图像。

图3、 (a) 不同碳材料和 (b) 相应的碳/硫复合材料的 XRD 图谱

图4、 (a) HCC/S、INHPC-2/S、INHPC-3/S、INHPC-4/S 和 INHPC-5/S正极在0.2C时的循环性能和库仑效率，(b) 库仑效率在内的循环稳定性，(c) 在 0.5 C下的第一次充电/放电平台和 (d) HCC/S 和 INHPC-4/S正极的CV曲线，(e) INHPC-4/S在1C下的长循环性能。

图5、 (a，b) INHPC-4/S和HCC/S 在 0.2 C下200次循环后的SEM图像，(c) 展示 HCC、INHPC-2、INHPC-3、INHPC-4吸收能力的可视化实验和INHPC-5以及浸泡 24h后Li2S6溶液的相应紫外-可见光谱。

图6、 (a) 和 (b) 在0.2C下200次循环前后HCC/S和INHPC-4/S的电极奈奎斯特图，插图是相应的等效电路模型。

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文献：

https://doi.org/10.1039/D1DT03705F

▼往期精彩回顾▼浙江大学《AM》：石墨烯超薄鼓的高效蜂窝状吸声器
东南大学《J Energy Storage》：重质生物油为原料制备分级多孔碳材料，用于高性能超级电容器
阿塔图尔克大学《Energy Fuels》：三维ZnCo-MOF改性石墨烯海绵，用于对称超级电容器的柔性电极材料

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来源：文章来自Dalton Trans网站，由材料分析与应用整理编辑。

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