天津工業大學：LaF3 摻雜石榴狀多孔碳納米纖維，用於鋰硫電池

2020-08-04 材料分析與應用

本文要點：

  • 首次製備了摻雜LaF3的新型石榴狀多孔碳納米纖維（La @ PCNFs）。
  • 高速傳輸通道和強極性界面增強了電化學性能。
  • La @ PCNFs在5 C下對Li-S電池顯示出高穩定性

成果簡介

具有高電導率和對多硫化鋰的強界面吸附作用的陰極的合理結構設計是鋰硫（Li-S）電池的巨大需求。 本文，天津工業大學Weimin Kang與Nanping Deng等研究人員在《Chemical Engineering Journal》期刊發表名為「Multifunctional LaF3 doped pomegranate-like porous carbon nanofibers with high-speed transfer channel and strong polar interface for high stability lithium sulfur battery」的論文，研究提出一種摻雜LaF3的多功能石榴狀多孔碳納米纖維(La@PCNFs)採用電吹塑紡絲技術和隨後的一步碳化工藝製備高穩定性鋰硫電池。

有趣的是，大量具有高石墨化度的空心和中孔碳晶粒均勻且密集地生長在大孔碳骨架中，這可以構建一個快速且分級的傳輸通道並大大豐富暴露的活性位點。更重要的是，用活性離子C-F和LaF3納米晶修飾的極性界面在循環過程中對多硫化鋰有較強的捕集作用。因此La@PCNFs陰極具有640mah·g-1的高放電容量，在5℃下1000次循環的平均容量衰減率為0.05，所獲得的La @ PCNFs優異的電化學性能確保了新穎的石榴狀設計的潛在價值，這再次證明了仿生材料在Li-S電池應用中的優勢。

圖文導讀

天津工業大學：LaF3 摻雜石榴狀多孔碳納米纖維，用於鋰硫電池

圖1。鋰離子電池中LaF3摻雜的石榴狀多孔碳納米纖維的多功能機理的表徵。


天津工業大學：LaF3 摻雜石榴狀多孔碳納米纖維，用於鋰硫電池

圖2。LaF 3摻雜的石榴狀多孔碳納米纖維的綠色合成過程示意圖。


天津工業大學：LaF3 摻雜石榴狀多孔碳納米纖維，用於鋰硫電池

圖3。La @ PCNFs的形態和結構特徵。


天津工業大學：LaF3 摻雜石榴狀多孔碳納米纖維，用於鋰硫電池

圖4。La @ PCNFs的化學結構和N 2吸附特性。（一）XRD; （b）F 1s XPS光譜；（c）拉曼；（d）通過水銀壓入儀的孔徑分布。


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圖5。La @ PCNFs，PCNF和C @ LaF3電極的電化學性能比較


天津工業大學：LaF3 摻雜石榴狀多孔碳納米纖維，用於鋰硫電池

圖6。長周期電化學穩定性與其他報導的Li-S電池陰極的比較

小結

總之，首次報導了石榴狀多孔碳納米纖維作為鋰-硫電池中的新型陰極。各種形式的F摻雜可以大大提高所製備材料的電導率並增強對多硫化鋰的界面吸附。結果表明，類似石榴的陰極具有巨大的潛力，具有出色的穩定性和高速率的Li-S電池。


文獻：

天津工業大學：LaF3 摻雜石榴狀多孔碳納米纖維，用於鋰硫電池

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