成果简介
在高硫载量、高硫含量和低电解质/硫比（E/S）的情况下，锂硫（Li-S）电池的实际应用受到多硫化物的负性和缓慢动力学的严重限制。本文，哈尔滨工业大学深圳研究生院材料学院于杰副教授团队在《J. Mater. Chem. A》期刊发表名为“Nitrogen-doped porous carbon fiber/vertical graphene as an efficient polysulfide conversion catalyst for high-performance lithium–sulfur batteries”的论文，研究提出一种基于氮掺杂多孔碳纤维/垂直石墨烯（NF@VG）复合材料的独立硫阴极。多孔结构和氮掺杂通过物理限制和化学作用有效增强了多硫化物的吸收，而垂直石墨烯网络极大地促进了电子转移并提高了多硫化物的催化转化动力学。因此，所制备的硫正极的初始容量为738mAhg-1，在600次循环后保持容量为609mAhg-1，在7mg cm-2的硫负载下，以1C速率下每个循环的容量衰减仅为0.029% 。此外，该电池在高硫负载（13mgcm-2）、高硫含量（81.6wt%）和低 E/S（4.8μL mg -1）下的面积容量为12.8mAhcm-2，表明 NF@VG复合纤维作为锂硫电池的硫主体具有很强的竞争力。
图文导读
图1、 (a) NF@VG的制造过程示意图。(b)NF@VG复合材料表面（左）和碳表面（右）上Li2S成核和生长的示意图。
图2、 NF@VG 的 SEM 图像（a-c）、TEM 图像（d、e）和 EDS 映射（f-i）。
图3、 不同样品的拉曼光谱（a），以及NF@VG的XPS测量光谱（b）、C 1s光谱（c）和N1s光谱（d）。
图4、 (a, b)在0.1mVs-1下CV曲线和相应的峰值电压。(c) 0.2C下的恒电流放电-充电曲线。（d）NF@VG-S正极在不同倍率下的恒电流放电-充电曲线。(e) 评价表现。(f) 0.5C 时的循环性能。(g) 1C 下的长期循环性能。
图5 、(a) NF@VG-S正极在0.1C下硫负载分别为10和13mgcm -2的循环性能。(b) 在不同循环下具有不同硫负载量的 NF@VG-S 正极的面积容量。(c) NF@VG-S正极与其他报道的复合材料的电化学性能的比较。
图 6、 (a)添加CF、NF和NF@VG前后Li 2 S 6溶液的UV-Vis吸收光谱。(b, c) 具有CF、NF和NF@VG电极的对称电池的CV 曲线和Tafel图，(d-f) CF、NF和NF@VG电极的电池在2.05 V下的恒电位放电曲线。
文献：https://doi.org/10.1039/D1TA08968D
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