简介

近日，湘潭大学王先友教授课题组在ACS Applied Materials & Interfaces上发表了题为Carbon-Coated Yttria Hollow Spheres as Both Sulfur Immobilizer and Catalyst of Polysulfides Conversion in Lithium−Sulfur Batteries的文章，该文的第一作者为曾鹏，通讯联系人为王先友教授。该文被“锂硫电池前沿追踪”微信公众号推送。

主要内容

锂硫电池因其高的理论比容量和大的能量密度而具有广阔的应用前景，但其大规模应用依然受到严重的穿梭效应和迟缓的多硫化物转化动力学的阻碍。基于此，本文作者创造性地提出将碳包覆的氧化钇作为锂硫电池中的固硫剂和多硫化物催化转化的催化剂以提升锂硫电池的电化学性能。研究发现，具有路易斯酸性的氧化钇可以有效地捕获具有路易斯碱性的多硫化物，从而减轻多硫化物的穿梭效应；此外，氧化钇对多硫化物向硫化锂转化反应动力学有一个明显催化作用，能够促进多硫化物的转化。因此，无论是作为硫载体还是作为隔膜改性涂层材料，氧化钇对锂硫电池实现高比放电容量和良好的循环稳定性都起着至关重要的作用。特别地，同时使用YHS@C/S正极和YHS/CNT-0.6-改性隔膜的锂硫电池(硫负载:2.1 mg cm^-2)，在0.5C时的放电比容量可达到912.5 mAh g^-1，经过200次循环后，其放电比容量可保持在842.3 mAh g^-1，单圈容量衰减率仅为0.038%。当活性物质的面积负荷增加到4.24 mg cm^-2时，它仍然显示出较大的面积容量，为3.79 mAh cm^-2。总的来说，本项工作中提及的协同多硫化物约束与催化转化反应为一体的策略为实现高性能锂硫电池提供了有意义的探索。

图文解析

图1.材料的合成示意图

图2.材料的形貌余结构表征

图3.混硫材料的表征

图4.吸附实验、对称电池测试以及XPS表征

图5.基于YHS/CNT隔膜的表征及其电化学性能研究

图6.电化学性能

图7.高负载电化学性能

致谢

本工作获得了国家重点研发计划项目(2018YFB0104200)的资助。

文献信息

Zeng, P., Chen, M., Luo, J., Liu, H., Li, Y., Peng, J., Li, J., Yu, H., Luo, Z., Shu H., Miao, C., Wang X. Carbon-Coated Yttria Hollow Spheres as Both Sulfur Immobilizer and Catalyst of Polysulfides Conversion in Lithium-Sulfur Batteries.ACS applied materials & interfaces2019,11(45), 42104-42113

通讯作者简介

湘潭大学王先友教授团队近年来在锂硫电池研究方面进行了系统的研究，取得了大量的高水平研究成果，参与了国家重点研发计划项目“高安全长寿命高比能锂硫动力电池关键技术研发与装车示范”（批准号：2018YFB0104200）的研究，获得了多项国家发明专利，发表了系列高水平论文，如：J. Mater. Chem.A2019,7(17),10293-10302;ACS Appl. Mater. Inter.2019,11(45), 42104-42113;ACS Appl. Mater. Inter.2019,11(25), 22439-22448;Chem. Eng. J.2019,355,478–486;Electrochim.Acta2019,313,151-160;Small2018,14(49): 1803134;ACS Appl. Mater. Inter.2018,10, 13562-13572;Chem. Eng. J.2018,335, 831-842;ACS Sustain. Chem. Eng.2018,6, 7545-7557