长春理工大学等《RSC Adv》：Co,N共掺杂石墨烯片作为高性能锂硫电池的硫主体

成果简介

为了提高锂硫 (Li-S) 电池的性能，本文，长春理工大学等Haili Zhao、Wanqiang Liu等研究人员在《RSC Adv》期刊发表名为“Co,N-co-doped graphene sheet as a sulfur host for high-performance lithium–sulfur batteries”的论文，研究基于设计一种能够吸附多硫化物并改善反应动力学的材料的想法，制备了一种Co,N-共掺杂石墨烯复合材料 (Co-N- G) 。根据Co–N–G的表征，在Co–N–G样品中嵌入了均匀且分散的N和Co活性位点。二维片状结构和具有强结合能的Co，N提供了显著的物理和化学吸附功能，有利于LiPSs的键合和抑制，此外，分散的Co和N作为催化剂，通过重新利用LiPS促进了锂硫电池的反应动力学，降低了电化学电阻。因此，Co-N-G/S 电池在第一次循环中的放电比容量在 0.2C时达到了1255.7 mA hg -1。100次循环后仍能达到803.0 mA hg -1，保留率约为64%。这一现象证明，这种含有Co和N催化剂的Co-N-G复合材料在提高电池性能方面发挥了有效作用，可以在Li-S电池中进一步研究。

图文导读

图1 、Co-N-G 材料的合成和应用示意图

图 2、 (a) 原始 RGO 和 (b) Co-N-G 复合材料的 SEM 图像。(c) 显示 Co-N-G 的 TEM 图像。(d) Co-N-G 的 HAADF-STEM 图像。(e) Co-N-G 的 HRTEM 图像。(f-i) Co-N-G的STEM图像和元素映射。

图3、 (a) XRD 图案。(b) 拉曼光谱。(c) 纯硫和 Co-N-G 与硫负载的TGA曲线。(d) 石墨烯和Co-N-G的XPS光谱。(e) C 1s, (f) Co 2p, (g) Co-N-G 的 N 1s XPS图案和 (h) N-G的 N 1s XPS 图案。

图4、 (a)含有和不含Co-N-G的Li2S4溶液的紫外-可见吸收光谱和照片（插图）。Li2S4吸收样品的(b)Co2p、(c) N1s 和(d) S2p XPS光谱。

图5、 (a/b) EIS曲线和具有 G/S 和 Co-N-G/S 电极的对称电池在50个循环后的相位-波特图。(c) G/S 和Co-N-G/S 样品在0.1mV s -1扫描速度下的 CV 曲线比较。(d) Li-S 电池中 G/S 和 Co-N-G/S 正极在 0.2C下第一次循环的电压曲线。(e) 基于Co-N-G/S正极的 Li-S 电池在0.1、0.2 和 0.5 mV s -1的第一次循环CV曲线。(f) G/S 和Co-N-G/S Li-S 电池的Z ′ 和ω -0.5之间的关系。

图6、 (a) Co-N-G电池在0.2C下循环100次的循环性能。(b) Co-N-G 电池的速率能力。(c) Li-S电池与Co-N-G在1C和2C下循环500 次的循环性能。

文献：https://doi.org/10.1039/D1RA08566B