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兰州大学周金元教授EnSM：解读钒原子自插层二维硫化钒（V5S8）在高倍率超稳定锂硫电池中对多硫化锂的催化本质

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兰州大学周金元教授EnSM：解读钒原子自插层二维硫化钒（V5S8）在高倍率超稳定锂硫电池中对多硫化锂的催化本质

兰州大学周金元教授EnSM：解读钒原子自插层二维硫化钒（V5S8）在高倍率超稳定锂硫电池中对多硫化锂的催化本质

科学材料站

2021-10-02

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导读：本文介绍了过渡金属V5S8钒自插层原子造成的晶格应变效应催化多硫化锂的转化。

解读钒原子自插层二维硫化钒（V5S8）在高倍率超稳定锂硫电池中对多硫化锂的催化本质

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.09.030

研究背景

对便携式电子设备、电动汽车和大规模智能电网日益增长的需求推动了储能技术的快速发展。锂硫电池被认为是最有前途的下一代储能系统之一，因为它们具有较高的理论能量密度和成本效益。

为了为实际可行的锂硫电池铺平道路，大电流、高负载量的硫是必不可少的。然而，随着锂硫电池硫含量的不断增加，锂硫电池的倍率性能和循环稳定性等问题日益突出。

成果速递

基于此，兰州大学的周金元教授等在 Energy Storage Materials上发表了题目为“Deciphering the catalysis essence of vanadium self-intercalated two-dimensional vanadium sulfides (V5S8) on lithium polysulfide towards high-rate and ultra-stable Li-S batteries”研究论文。

论文介绍了过渡金属V5S8钒自插层原子造成的晶格应变效应催化多硫化锂的转化。作者利用CVD一步硫化的方法合成了在碳纤维表面负载的NiAs型V5S8晶体，由于自插层效应可以显著改善在垂直方向的电子传输动力学，使得CNF@V5S8/S正极的纽扣电池在容量、倍率和循环稳定性方面显示出显著增强的性能。

即使在高达7.8 mg cm−2的超高硫含量负载下，在0.1 C的电流密度下实现8.2 mA h cm−2的高面积容量。这项工作将为构建先进的储能系统提供NiAs型硫化钒锂硫化学的深入理解

图文介绍

示意图 CNF@V5S8/S电极的制备过程和VS2和V5S8球棍模型

图1 CNF@V5S8电极的XRD, SEM，TEM，mapping表征

图2 CNF@V5S8和CNF@VS2的Raman, XPS的表征；利用vasp对V5S8和VS2的态密度，对多硫化物吸附能的计算

图3 CNF@V5S8/S电极与对照组的电化学性能表征。

图4 CNF@V5S8和CNF@VS2的离子扩散能力的表征。

图5 CNF@V5S8和CNF@VS2对多硫化锂催化能力的表征。

图6 CNF@V5S8活性物质高负载能力和可弯折能力的表征。

总结

合成的NiAs型V5S8晶体可视为V0.25插层VS2晶体结构，自插层原子的现象不可避免地改变了间隙和原子排列，并导致单胞变形。这些插层的V原子不仅可以促进电子/Li+沿c轴方向的扩散和输运，而且可以改善锂硫电池中可逆和超稳定充放电循环的催化效果，为大电流下的活性物质的利用指明了方向。

在高负载量下，电池仍然表现出良好的容量以及在0-180°之间的任何弯曲角度下的高动态柔性稳定性。因此，这项工作将为构建先进的储能系统提供NiAs型硫化钒锂硫化学的深入理解。

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