成果简介
本文，四川大学朱基亮 教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Sulfur nanosheets deposited on reduced graphene oxide enable excellent cycling life for lithium-sulfur battery”的论文，研究提出了一种具有硫（S8）纳米片和还原氧化石墨烯的独立阴极(Sns@rGO)，可以通过硫本身处理穿梭效应。沉积在rGO表面上的硫纳米片在充放电循环过程中表现出卓越的容量保持稳定性，即使硫含量高达89%。值得注意的是，阴极的其他成分，如rGO、导电碳和碳纤维，对抑制锂硫电池中的穿梭效应的影响很小。这突显了硫纳米片的独特形态在实现锂硫电池出色电化学性能方面发挥的关键作用。
通过研究，作者观察到硫纳米片在充放电过程中可以形成一个保护性的硫层，通过硫和S42的物理限制和自发化学反应有效地抑制了穿梭效应。纳米片内的孔充当锂离子的通道，确保硫的有效利用。这种设计使得第一次循环的放电容量在0.1C下为1596.9 mAh g-1，在0.5C下为1433.5 mAh g-1。此外，我们首次报告称，通过优化硫源的形态，锂硫电池的容量可以在0.5C下保持1200小时以上，在1C下保持450小时以上。这一突破性发现为锂硫电池领域的研究开辟了新的途径，并有望推动该技术应用的进一步发展。
图文导读
图1.Sns@rGO阴极的合成过程示意图。
图2.（a） Sns@rGO活性物质的SEM图像。（B-C）Sns@rGO活性材料的TEM图像。红色框中的图片使放大倍数加倍。（d-f）Sns@rGO活性物质的元素映射
图3.（a） 不同样品的XRD图谱。（b） Sns@rGO阴极的TGA结果。（c） XPS Sns@rGO范围。（d-f）C1s （d）、O1s （e） 和 S2p （f） 的高分辨率 XPS spetra。
图4、Sns@rGO阴极的电化学性能
图5. (a) 第 15 个循环期间 Sns@rGO 阴极的原位 XRD 图样。(b-e) 第15个周期后的 XPS 溅射测试。溅射前后C1s (b,c) 和 S2p (d,e) 的 XPS 图谱。
图6. Sns@rGO阴极单片在前两个周期的电化学行为。
小结
在本研究中，我们介绍了一种新型Sns@rGO独立阴极，旨在解决穿梭效应问题。硫以纳米片的形式沉积在 rGO 表面，在充放电循环中表现出显著的容量稳定性，硫含量高达 89%。Li-S电池优异的电化学性能主要归功于硫纳米片的独特形态。在充放电循环过程中，纳米硫片可以形成一个硫保护层。该层通过物理限制和硫与 S42- 的自发化学反应，有效缓解了穿梭效应。此外，纳米片内的孔隙还可作为锂离子的通路，确保在相对较低的电流密度下有效利用硫。因此，在0.1C和0.5C的第一个循环中，放电容量分别达到1596.9 mAh g-1 和 1433.5 mAh g-1。此外，我们还证明，通过操纵硫源的形态，锂-S 电池的容量可在 0.5C和1C循环中分别保持 1200小时和450小时以上。这一突破性发现为Li-S电池开辟了新的研究途径，并有望推动其应用的进步。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119512
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
