基于联吡啶共价有机框架材料纳米片的插层结构设计及其在锂硫电池中的应用

作     者：李鑫 谢玉峰 肖迎波 张琪 LI Xin;XIE Yufeng;XIAO Yingbo;ZHANG Qi

作者机构：广东工业大学材料与能源学院广东广州510006 

基　　金：国家自然科学基金青年科学基金项目(51902060) 

出 版 物：《材料研究与应用》 (Materials Research and Application)

年 卷 期：2024年第18卷第3期

页      码：463-470页

摘      要：以单质硫为正极材料的锂硫电池(LSBs),因其高的理论比容量和能量密度,在储能领域中受到广泛地关注。然而,LSBs在充放电过程中会产生可溶性多硫化物(LiPSs),LiPSs在电极之间的穿梭效应会导致电池容量快速衰减,从而阻碍LSBs的实际应用。为了有效地抑制LiPSs在LSBs中的穿梭效应,设计合成了一种基于联吡啶共价有机框架(COFs)材料的纳米片(Tp-Bpy),并将其用作LSBs的多功能插层。Tp-Bpy纳米片得益于联吡啶中均匀分散的氮位点的强吸附和催化活性,以及其纳米结构可提供更多活性位点等特性,能够很好地吸附LiPSs,并对LiPSs进行催化转化,从而抑制LiPSs的穿梭效应。Tp-Bpy纳米片插层在LiPSs氧化还原反应过程中具有更快的转化动力学,以及降低液固转化过程的电化学极化特性。相较于未修饰的传统聚丙烯(PP)隔膜,Tp-Bpy纳米片插层所组装的LSBs倍率性能和循环稳定性得到明显提升。实验结果表明,以Tp-Bpy纳米片插层所组装的LSBs,在0.1 C下的放电初始容量可达1223 mAh∙g^(−1),在1 C下循环500次后的放电比容量仍有452 mAh∙g^(−1),单圈衰减率低至0.093%。Tp-Bpy纳米片插层材料已成为解决LSBs中LiPSs穿梭效应的主要研究方向之一,本研究为开发新的多功能插层提供了理论支撑。

主 题 词：共价有机框架材料 联吡啶 纳米片 锂硫电池 插层 穿梭效应 倍率性能 循环稳定性 

学科分类：081704[081704] 08[工学] 0817[工学-轻工类] 

D　O　I：10.20038/j.cnki.mra.2024.000311

馆 藏 号：203128455...