高穩定性的充電機充電鋰硫電池正極材料的碳包覆介孔氮化釩納米線薄膜解析
2017-9-23 10:20:38??????點擊：
【導言】
因為理論能量密度高達2560Wh/kg，充電機充電鋰硫電池被認為是最有遠景的儲能體系之一。雖然經過了幾十年的開展，但是充電機充電鋰硫電池的大規模使用依然遭到一些要素的約束，其間中間產品多硫化物的絡繹效應以及硫的導電功用差是最杰出的問題。近年來，除了選用各種高比表面碳對多硫化物進行物理約束外，研究人員也測驗將極性的金屬氧化物（如SiO2，TiO2，MnO2，V2O5）和硫化物（如TiS2，WS2，CoS2）參加硫電極中來，然后有用地吸附可溶性多硫化物，按捺絡繹效應，改進充電機充電鋰硫電池的循環穩定性。然而大多數金屬氧化物與硫化物導電性差，嚴峻阻止了電子傳導，然后導致了低的硫利用率和較差的倍率功用。因而需求尋覓具有高電導率和強吸附才能的電極資料來進一步進步充電機充電鋰硫電池的功用。
【成果簡介】
9月10日，Nano Energy宣布題為“自支撐的碳包覆介孔氮化釩納米線薄膜作為高穩定性的充電機充電鋰硫電池正極資料”（Freestanding carbon encapsulated mesoporous vanadium nitride nanowires enable highly stable sulfur cathodes for lithium-sulfur batteries）的研究論文，榜首作者為武漢科技大學博士生李星星，通訊作者為武漢科技大學的高標和華中科技大學的霍開富。
【本文亮點】
碳包覆介孔氮化釩納米線（MVN@C NWs）核殼結構具有以下優勢：
（1）具有高導電性的多孔VN作為內核，不只為硫單質供給了負載空間，而且為電子的快速傳輸供給了通道；
（2）VN內核的化學吸附效果和微孔碳外殼的物理阻撓效果協同按捺了多硫化物的絡繹效應，極大地進步了循環功用；
（3）多孔結構的VN能夠習慣蓄電池充電機充放電進程中硫的體積改變；
（4）VN內核具有優異的催化功用，能夠有用加快多硫化物向固態硫化鋰的改變動力學；
（5）S/MVN@C NWs自支撐薄膜由相互交織納米線組成，無需任何的導電劑和粘結劑，進步了硫載量，并表現出杰出的柔性。
【圖文導讀】
圖（a）S/MVN@C NWs制備進程示意圖以及在蓄電池充電機充放電進程中按捺絡繹效應的示意圖。
以氧化釩納米線為前驅物，經過簡略的多巴胺包覆和氨氣處理，以及后續硫的負載來獲得S/MVN@C NWs 薄膜電極。因為VN和微孔碳層對多硫化物表現出強的化學吸贊同有用的物理阻止效果，然后有用地按捺了多硫化合物的絡繹效應并進步循環穩定性。
S/MVN@C NWs結構與成分表征。
結合電鏡圖片和面掃成果能夠看出硫納米顆粒巨細為2-5nm，而且首要散布在VN的介孔中。S/MVN@C NWs電極最高硫載量可達82.6wt%。
（a, b）分別為S/MVN@C NWs的TEM圖和HR-TEM圖；
（c）為S/MVN@C NWs的STEM圖片，和S、V、C元素的面掃；
（d）為S/MVN@C NWs組成的柔性電極的相片和厚度；
（e）為不同硫載量S/MVN@C NWs的熱重圖；
（f）MVN@C NWs負載硫前后的XRD圖。
S/MVN@C NWs電極功用圖
S/MVN@C NWs因為具有化學吸贊同物理阻止兩層效果以及高的電導率，使得電極資料在不同載量條件下都具有很好的穩定性。一起在高電流條件下，仍能保持較高的比容量。
（a）S/MVN@C NWs不同載量的循環功用圖；
（b）S/MVN、S/CNT以及S/MVN@C NWs的倍率功用圖；
（c）S/MVN、S/CNT以及S/MVN@C NWs的循環功用圖。
VN對多硫化物的吸附才能的表征
證明了VN對多硫化物的化學吸附首要來源于兩者之間構成強的V-S鍵。
（a）不同樣品多硫化物溶液吸附功用；
（b）圖（a）中的上層清液紫外可見吸收光譜圖；
（c, d）200次循環后樣品的V 2p和S 2p XPS圖譜。
S/MVN@C NWs在1C電流下循環200圈前后的SEM圖
循環前后的描摹并沒有顯著的改變，證明多孔的核殼結構能夠很好的緩沖在蓄電池充電機充放電進程中的硫的體積改變。
（a, b）S/MVN@C NWs在1C電流下循環200圈前后的SEM圖
【小結】
本作業規劃了一種具有核殼結構的S/MVN@C NWs作為的充電機充電鋰硫電池電極資料。VN內核的化學吸附效果和催化功用以及微孔碳外殼的物理阻撓效果協同處理了多硫化物的絡繹效應，能夠極大的進步充電機充電鋰硫電池的循環功用。一起，這種由高導電性的多孔VN和碳組成核殼結構不只能夠為電子的快速傳輸供給了通道，還能夠習慣蓄電池充電機充放電進程中硫的體積改變。試驗成果表明根據上述戰略而規劃的S/MVN@C NWs電極資料具有高的比容量，優異的倍率和循環穩定性，在高功用充電機充電鋰硫電池范疇表現出潛在的使用遠景。
因為理論能量密度高達2560Wh/kg，充電機充電鋰硫電池被認為是最有遠景的儲能體系之一。雖然經過了幾十年的開展，但是充電機充電鋰硫電池的大規模使用依然遭到一些要素的約束，其間中間產品多硫化物的絡繹效應以及硫的導電功用差是最杰出的問題。近年來，除了選用各種高比表面碳對多硫化物進行物理約束外，研究人員也測驗將極性的金屬氧化物（如SiO2，TiO2，MnO2，V2O5）和硫化物（如TiS2，WS2，CoS2）參加硫電極中來，然后有用地吸附可溶性多硫化物，按捺絡繹效應，改進充電機充電鋰硫電池的循環穩定性。然而大多數金屬氧化物與硫化物導電性差，嚴峻阻止了電子傳導，然后導致了低的硫利用率和較差的倍率功用。因而需求尋覓具有高電導率和強吸附才能的電極資料來進一步進步充電機充電鋰硫電池的功用。
【成果簡介】
9月10日，Nano Energy宣布題為“自支撐的碳包覆介孔氮化釩納米線薄膜作為高穩定性的充電機充電鋰硫電池正極資料”（Freestanding carbon encapsulated mesoporous vanadium nitride nanowires enable highly stable sulfur cathodes for lithium-sulfur batteries）的研究論文，榜首作者為武漢科技大學博士生李星星，通訊作者為武漢科技大學的高標和華中科技大學的霍開富。
【本文亮點】
碳包覆介孔氮化釩納米線（MVN@C NWs）核殼結構具有以下優勢：
（1）具有高導電性的多孔VN作為內核，不只為硫單質供給了負載空間，而且為電子的快速傳輸供給了通道；
（2）VN內核的化學吸附效果和微孔碳外殼的物理阻撓效果協同按捺了多硫化物的絡繹效應，極大地進步了循環功用；
（3）多孔結構的VN能夠習慣蓄電池充電機充放電進程中硫的體積改變；
（4）VN內核具有優異的催化功用，能夠有用加快多硫化物向固態硫化鋰的改變動力學；
（5）S/MVN@C NWs自支撐薄膜由相互交織納米線組成，無需任何的導電劑和粘結劑，進步了硫載量，并表現出杰出的柔性。
【圖文導讀】
圖（a）S/MVN@C NWs制備進程示意圖以及在蓄電池充電機充放電進程中按捺絡繹效應的示意圖。
以氧化釩納米線為前驅物，經過簡略的多巴胺包覆和氨氣處理，以及后續硫的負載來獲得S/MVN@C NWs 薄膜電極。因為VN和微孔碳層對多硫化物表現出強的化學吸贊同有用的物理阻止效果，然后有用地按捺了多硫化合物的絡繹效應并進步循環穩定性。
S/MVN@C NWs結構與成分表征。
結合電鏡圖片和面掃成果能夠看出硫納米顆粒巨細為2-5nm，而且首要散布在VN的介孔中。S/MVN@C NWs電極最高硫載量可達82.6wt%。
（a, b）分別為S/MVN@C NWs的TEM圖和HR-TEM圖；
（c）為S/MVN@C NWs的STEM圖片，和S、V、C元素的面掃；
（d）為S/MVN@C NWs組成的柔性電極的相片和厚度；
（e）為不同硫載量S/MVN@C NWs的熱重圖；
（f）MVN@C NWs負載硫前后的XRD圖。
S/MVN@C NWs電極功用圖
S/MVN@C NWs因為具有化學吸贊同物理阻止兩層效果以及高的電導率，使得電極資料在不同載量條件下都具有很好的穩定性。一起在高電流條件下，仍能保持較高的比容量。
（a）S/MVN@C NWs不同載量的循環功用圖；
（b）S/MVN、S/CNT以及S/MVN@C NWs的倍率功用圖；
（c）S/MVN、S/CNT以及S/MVN@C NWs的循環功用圖。
VN對多硫化物的吸附才能的表征
證明了VN對多硫化物的化學吸附首要來源于兩者之間構成強的V-S鍵。
（a）不同樣品多硫化物溶液吸附功用；
（b）圖（a）中的上層清液紫外可見吸收光譜圖；
（c, d）200次循環后樣品的V 2p和S 2p XPS圖譜。
S/MVN@C NWs在1C電流下循環200圈前后的SEM圖
循環前后的描摹并沒有顯著的改變，證明多孔的核殼結構能夠很好的緩沖在蓄電池充電機充放電進程中的硫的體積改變。
（a, b）S/MVN@C NWs在1C電流下循環200圈前后的SEM圖
【小結】
本作業規劃了一種具有核殼結構的S/MVN@C NWs作為的充電機充電鋰硫電池電極資料。VN內核的化學吸附效果和催化功用以及微孔碳外殼的物理阻撓效果協同處理了多硫化物的絡繹效應，能夠極大的進步充電機充電鋰硫電池的循環功用。一起，這種由高導電性的多孔VN和碳組成核殼結構不只能夠為電子的快速傳輸供給了通道，還能夠習慣蓄電池充電機充放電進程中硫的體積改變。試驗成果表明根據上述戰略而規劃的S/MVN@C NWs電極資料具有高的比容量，優異的倍率和循環穩定性，在高功用充電機充電鋰硫電池范疇表現出潛在的使用遠景。
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