在高硫負(fù)荷下實現(xiàn)長期循環(huán)穩(wěn)定性是鋰硫（Li–S）電池實際使用的基本要求。最近，清華大學(xué)深圳國際研究生院呂偉副研究員團(tuán)隊通過單向冷凍干燥制備了由Ti3C2Tx MXene/碳納米管（CNT）三明治組成的層狀氣凝膠，以提高高硫負(fù)荷電池的循環(huán)穩(wěn)定性。由于獨(dú)特的平行排列結(jié)構(gòu)，所生產(chǎn)的材料被表示為平行排列的MXene/CNT（PA-MXene/CNT）。
MXene/CNT/MXene夾層的薄片形成多個物理屏障，再加上MXenes的化學(xué)捕獲和催化活性，有效抑制了高硫負(fù)載下的多硫化鋰（LiPS）穿梭，更重要的是，大大提高了3D主機(jī)的LiPS限制能力不含微孔和中孔。組裝好的Li–S電池可提供712 mAh g-1的高容量和7 mg cm-2的硫負(fù)荷，以及出色的循環(huán)穩(wěn)定性，在0.5 C的800個循環(huán)中，每個循環(huán)的容量衰減為0.025％。在10 mg cm-2的電導(dǎo)率下，經(jīng)過300次循環(huán)后，可獲得6 mAh cm-2以上的高面積容量。這項工作為合理設(shè)計高硫負(fù)荷主機(jī)提供了一個典型示例，這對于Li-S電池的實際使用至關(guān)重要。相關(guān)論文以題為Lamellar MXene Composite Aerogels with Sandwiched Carbon Nanotubes Enable Stable Lithium–Sulfur Batteries with a High Sulfur Loading發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。
【主圖導(dǎo)讀】
圖1 a）通過單向冷凍干燥的PA-MXene/CNT氣凝膠的組裝過程示意圖。b–e）b）頂視圖，c）側(cè)視圖和d）PA-MXene/CNT-50氣凝膠的高放大倍率的SEM圖像，e）RA-MXene/CNT-50氣凝膠。f）PA-MXene/CNT-50和RA-MXene/CNT-50氣凝膠的N2吸附/解吸等溫線。g）用不同的氣凝膠進(jìn)行的靜態(tài)Li2S6吸附測試的照片。
圖2 a）以PA-MXene/CNT或RA-MXene/CNT為主體，Li2S6溶液為陰極的Li-S電池示意圖。b）使用PA-MXene/CNT-50和RA-MXene/CNT-50的電池的額定性能。c）PA-MXene/CNT-50在1.7至2.8 V（vs Li /Li）之間的電池的充電/放電曲線。d）PA-MXene/CNT-50和RA-MXene/CNT-50在0.2 C下的電池的充電/放電曲線。e）PA-MXene/CNT-50和RA-MXene/CNT的電池的循環(huán)伏安圖 在0.1 mV s-1時為-50。f）C2峰值電流與LiPSs到Li2S2/Li2S陰極還原過程的掃描速率平方根的關(guān)系圖。g）具有PA-MXene/CNT-50和RA-MXene/CNT-50的電池的循環(huán)性能。
圖3 a–c）a）PA-MXene/CNT-25，b）PA-MXene/CNT-75和c）PA-MXene氣凝膠的俯視SEM圖像，插圖是放大倍數(shù)較高的圖像。d）不同PA-MXene/CNT和PA-MXene氣凝膠的XRD圖譜。e）SSA和氣凝膠中CNT重量百分比之間的關(guān)系。f）Li2S6陰極電解質(zhì)的吸附能力和不同氣凝膠的孔體積。g–j）使用g）PP，h）PA-MXene/CNT-25，i）PA-MXene/CNT-50和j）PA-MXene/CNT-75氣凝膠作為隔板，測量H細(xì)胞中的多硫化物滲透率。
圖4 a，b）在不同硫含量下，在0.5和1 C下，具有不同MXene含量的PA-MXene/CNT電極的容量。c，d）在0.5 C下硫負(fù)載為7和10 mg cm-2的PA-MXene/CNT-50電極的循環(huán)性能。e）與最近使用PA-MXene/CNT-50電極的面容量和硫負(fù)載的比較 報告了鋰電池。
參考文獻(xiàn)：
doi.org/10.1002/adfm.202100793
