厦门大教：互相毗连的核壳碳纳米球构建纤维网用于高功能锂硫电池

具有高理论能量密度、低本钱和情况友爱等长处，锂硫（Li-S）电池成为下一代储能装置有望的候选者。然而，高硫负载条件下容量快速衰减限定了Li-S电池现实应用。是以，怎样构建高容量和轮回性能稳健的具有高硫负载正极是Li-S电池的紧张进展偏向。设计具有特别布局的电极质料非常须要。核壳布局可以或许充实使用其焦点和外壳各自的长处遍及应用于很多研究范畴，比方能量转换和储存，催化和药物控释。更紧张的是，空心壳可认为内芯提供爱护空间，作为电极质料时，可以缓冲充放电历程中的体积膨胀。设计核壳布局是进步高硫负载Li-S电池性能的有用途径，但是现在核壳布局很少应用于自支持碳/硫正极质料。

克日，厦门大学方晓亮副传授课题组在国际闻名期刊Nano Energy上颁发了标题为“Fiber network composed of interconnected yolk-shell carbon nanospheres for high-performance lithium-sulfur batteries”的论文。该研究开辟了一种轻便的静电纺丝要领，用于合成互连的核壳布局碳纳米球组装纤维网，以构建自支持硫正极质料。受益于高外貌积、氮原子掺杂以及核与壳之间的协同作用，核-壳碳纤维有望成为高硫负载Li-S电池的硫主体质料。含有70wt％和4 mg cm^-2的硫，核-壳碳纤维网衍生的自支持正极在1C电流密度下轮回500次后体现出82.8％的高容量连结率。是以，这项事情为开辟高性能Li-S电池的提供了新计谋。

图1 静电纺丝制造核-壳碳纤维网的表示图。

图2. (a，b) [email protected]薄膜的光学照片。(c) [email protected]薄膜截面SEM图像。(d~g) [email protected]纤维的SEM图像。(h，i) [email protected]纤维TEM图像。HCS纤维的 (j) SEM图像和 (k) TEM图像。BCN颗粒的 (L) SEM图像和 (m) TEM图像。

图3. (a) N2吸附等温线和 (b) [email protected]，HCS和BCN的孔径漫衍，[email protected]的 (c) XPS光谱和 (d) N 1s XPS光谱。

图4. 具有70wt％硫的[email protected]/S复合物的表征：(a，b) SEM图像，(c) EDX光谱，(d) TGA曲线，(e，f) TEM图像，(g) STEM图像和相应的元素漫衍。

图5. (a~d) 0.2 C时的放电/充电曲线：(a) [email protected]/S-70正极，(b) BCN/S-64正极，(c) HCS/S-70正极，和(d) BCN+HCS/S-66正极。(e) 在0.2C下的四个正极的轮回性能。(f) 四个正极阻抗图。(g~j) 100次轮回后Li负极的SEM图像：(g)[email protected]/S-70电池，(h) BCN/S-64电池，(i) BCN+HCS/S-66电池和(j) HCS/S-70电池。

图6. (a) 差别密度下[email protected]/S-70正极的充电/放电曲线。(b) [email protected]/S-70正极的倍任性能。(c) [email protected]/S正极在1C下的长周期轮回性能。(d) [email protected]/S-70正极在1C下的充电/放电曲线。(e) [email protected]/S-70在8、12和16 mg cm^-2硫负载量1C下的轮回性能。(f) 在0.1C电池密度16mg cm-2硫负载量下，[email protected]/S-70正极的充电/放电曲线。

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