Batteries & Supercaps:面向快速硫转化动力学的超细硼化铁催化剂

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锂硫电池因其高能量密度、低成本和环境友好等优点,被认为是最具潜力的下一代电化学储能体系之一。然而,锂硫电池中活性物质的本征绝缘性,中间产物多硫化锂的溶解和穿梭效应,以及多电子转移、多步骤反应和固-液相转换的反应特点,导致其反应动力学缓慢、循环寿命不佳,严重制约其商业化发展。对此,在硫正极中引入硫电催化剂是提升反应动力学和改善电池性能的有效手段。


近日,南京理工大学李高然教授及其团队提出了一种超细硼化铁纳米催化剂用于锂硫电池。有别于常见的金属氧化物、硫化物等离子型催化剂材料,硼化铁基于硼和铁间的共价键构成,其填充型类合金结构继承了部分金属性,表现出远高于其他金属化合物的导电性;同时,铁位点具有强烈的亲硫性,可有效吸附锚定多硫化锂并促进其快速转化;此外,超细纳米结构为该相互作用提供了丰富的活性界面,从而有效抑制了穿梭效应,显著提升了硫转化动力学。所得电池表现出优异的电化学性能,500次循环过程中每圈的容量衰减仅为0.04%,并可支持7 C倍率的快速充放电(10分钟内完成),即使在高硫负载(5.1 mg cm-2)和低电解液用量(E/S=7.0 mL g-1)条件下依然保持了较高的容量和循环稳定性,展现出良好的应用潜力,为先进硫电催化剂的开发和锂硫电池的实用化发展提供了一定借鉴。



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文信息

Ultrafine Iron Boride as a Highly Efficient Nanocatalyst Expedites Sulfur Redox Electrochemistry for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries

Guxian Chen, Hongyang Li, Yuqi Wang, Yingrui Ding, Pengsen Qian, Kailong Zhang, Haibo Zeng, Gaoran Li


Batteries&Supercaps

DOI: 10.1002/batt.202400128




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