哈工大张嘉恒/刘向力AFM：多元素掺杂及氧空位引入显著提高锂硫电池性能

2023年10月15日下午10:08 • 顶刊解读

“穿梭效应”、缓慢的氧化还原动力学和短的生命周期严重限制了锂硫电池的实际应用。

哈尔滨工业大学张嘉恒、刘向力等开发了N、F和B共掺杂的NFBCoFe₂O_4-x@MWCNTs，其具有离子液体（ILs）引入的富氧空位（OVs），被设计为一种有效的多功能隔膜涂层，以捕获多硫化物并加速氧化还原动力学。

图1 NFBCoFe₂O_4-x@MWCNTs制备及表征

在此，作者将NFBCoFe₂O_4-x@MWCNTs通过真空辅助自组装方法涂覆在聚丙烯（PP）隔膜的表面，以抑制“穿梭效应”并加速多硫化物的氧化还原动力学。

丰富的N、F和B杂原子增强了NFBCoFe₂O_4-x@MWCNTs的多硫化物亲和力，而富集的OVs进一步提高了多硫化物转化的电催化能力。此外，涂层还可以有效促进锂的均匀沉积，从而有助于其长循环的稳定性。

图2 多硫化物的氧化还原反应研究

因此，基于NFBCoFe₂O_4-x@MWCNTs隔膜的电池表现出优异的电化学性能：1.0 C 在下的初始比容量高达1034 mAh g^-1，循环1000次后保持了871 mAh g^-1，平均每个循环的容量衰减仅为0.016%。

即使在8.0 mg cm^-2的高硫负载下，具有改性隔膜的电池仍可提供7.22 mAh cm^-2的高面积容量。NFBCoFe₂O_4-x@MWCNTs协同结合了丰富的共掺杂N、F和B杂原子以及富集OVs的优势，同时实现了增强的吸附能力和催化活性，在锂硫电池产业化过程中显示出巨大的发展潜力。

图3 锂硫电池性能

Ionic-Liquid-Assisted Synthesis of N, F, and B Co-Doped CoFe2O4−x on Multiwalled Carbon Nanotubes with Enriched Oxygen Vacancies for Li–S Batteries. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202111084

哈工大张嘉恒/刘向力AFM：多元素掺杂及氧空位引入显著提高锂硫电池性能

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