80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

  當(dāng)前商業(yè)化LIBs受到基于插層機(jī)制的限制，難以實(shí)現(xiàn)高能量密度，從而嚴(yán)重阻礙了以小型化為目標(biāo)的可穿戴設(shè)備的發(fā)展。鋰硫電池由于其高理論能量密度（2600 Wh kg^?1）和低成本等優(yōu)勢(shì)被認(rèn)為是最有可能商業(yè)化應(yīng)用的下一代電池之一。然而，鋰硫電池仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)。其中，硫正極的穿梭效應(yīng)和體積效應(yīng)嚴(yán)重阻礙了電池的實(shí)際應(yīng)用。此外，鋰金屬負(fù)極方面同樣面臨著嚴(yán)重的安全隱患，包括不受控制的鋰枝晶生長(zhǎng)，鋰金屬與過(guò)量的液態(tài)電解液發(fā)生持續(xù)的副反應(yīng)，以及穿梭效應(yīng)導(dǎo)致LiPSs穿過(guò)隔膜接觸鋰金屬負(fù)極。這些隱患可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問(wèn)題，包括燃燒，甚至爆炸。更糟糕的是，液態(tài)電解液的副反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致電池產(chǎn)生脹氣問(wèn)題，尤其當(dāng)電池在頻繁的機(jī)械變形和嚴(yán)苛的外界環(huán)境下工作時(shí)，該問(wèn)題帶來(lái)的安全隱患更加不容忽視。硫正極、鋰負(fù)極和液態(tài)電解液中出現(xiàn)的上述問(wèn)題加速了鋰硫電池的失效，增加了電池的安全隱患，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。

  迄今為止，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)同時(shí)滿足高能量密度、柔性和安全性的鋰硫電池仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。對(duì)于硫正極，通過(guò)導(dǎo)入合理的載體材料和多功能催化材料來(lái)提高電池性能是實(shí)現(xiàn)商業(yè)化鋰硫電池應(yīng)用的當(dāng)務(wù)之急。此外，LiPSs轉(zhuǎn)化機(jī)理的研究仍處于早期階段。對(duì)于鋰金屬負(fù)極和電解液，使用不易燃且堅(jiān)固的固態(tài)電解質(zhì)（SSE）取代不穩(wěn)定的液體電解質(zhì)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)高安全性鋰電池的理想解決方案。然而，盡管使用SSE具有安全優(yōu)勢(shì)，但一些棘手的問(wèn)題仍然未能解決。例如，SSE柔性低、與鋰金屬的界面兼容性差以及低電導(dǎo)率。聚合物凝膠電解質(zhì)（GPE）作為一種準(zhǔn)SSE，具有良好的柔性、界面相容性和高的離子電導(dǎo)率。此外，其在安全性、機(jī)械強(qiáng)度和抑制LiPSs穿梭效應(yīng)等方面明顯優(yōu)于液體電解液。對(duì)于柔性鋰硫電池的電極，迫切需要開(kāi)發(fā)兼具高柔性和抗疲勞性能的新材料。然而，由于復(fù)雜的電極制造工藝，獲得兼具良好的機(jī)械性能、柔性和循環(huán)穩(wěn)定性的電極材料具有很大的挑戰(zhàn)。冷凍干燥技術(shù)可以利用冰晶作為模板來(lái)組裝具有各種形狀的材料。然而，由于冰晶隨機(jī)成核，冷凍干燥技術(shù)無(wú)法大規(guī)模構(gòu)筑具有高機(jī)械強(qiáng)度的柔性材料。幸運(yùn)的是，取向冷凍干燥技術(shù)是一種很有前景的策略，因?yàn)樗梢詷?gòu)筑具有3D結(jié)構(gòu)的柔性載體材料。盡管硫正極、GPE和鋰負(fù)極的性能通過(guò)各種方案的優(yōu)化，已經(jīng)得到了較大的進(jìn)步，同時(shí)滿足柔性、循環(huán)穩(wěn)定性和安全性要求的柔性Li-S電池仍然很少被報(bào)道。因此，迫切需要設(shè)計(jì)一種靈活安全的柔性鋰硫電池，并能催化加速LiPSs的氧化還原動(dòng)力學(xué)，促進(jìn)硫正極轉(zhuǎn)化為最終放電產(chǎn)物Li₂S。

  近日，北京航空航天大學(xué)張世超教授、邢雅蘭副教授聯(lián)合清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院周光敏副教授在國(guó)際著名期刊《ACS Nano》上發(fā)表題為“Ti_nO_2n-1/MXene Hierarchical Bifunctional Catalyst Anchored on Graphene Aerogel towards Flexible and High-Energy Li–S Batteries” 的文章。 該團(tuán)隊(duì)提出了一種由3D柔性正極、GPE和機(jī)械性能增強(qiáng)的鋰金屬負(fù)極組成的靈活安全的柔性鋰硫電池。具有“導(dǎo)電載體–催化中心–活性基元”三相界面的復(fù)合硫正極由錨定在GN基體上的1T MoS₂和Ti_nO_2n-1/MXene分級(jí)結(jié)構(gòu)（Mo-Ti/Mx-GN）結(jié)合Li₂S₆正極電解液構(gòu)筑而成。1T MoS₂具有較高的電子電導(dǎo)率和優(yōu)異的催化活性。Ti_nO_2n-1/MXene通過(guò)極性O-Ti-O單元對(duì)LiPSs具有很強(qiáng)的吸附，并且非化學(xué)計(jì)量比的Ti_nO_2n-1具有高電導(dǎo)率（例如Ti₄O₇顯示出比TiO₂高10¹⁰倍的電導(dǎo)率）。通過(guò)原位拉曼光譜，證明了反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生了內(nèi)源性的氧化還原介體S₂O₃^2?。它通過(guò)與LiPSs之間發(fā)生偶聯(lián)生成聚硫酸鹽，再通過(guò)“Wackenroder reaction”歧化反應(yīng)分解生成Li₂S₂（Li₂S），所以能加速Li₂S的形核，促進(jìn)LiPSs的快速轉(zhuǎn)化。Mo-Ti/Mx-GN電極即使在高硫負(fù)載量（8.4 mg_s cm^-2）和貧電解液（7.6 μL mg_s^-1）條件下，仍然表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。由Mo-Ti/Mx-GN柔性電極、GPE和機(jī)械性能增強(qiáng)的鋰負(fù)極組裝的軟包Li-S電池表現(xiàn)出優(yōu)異的柔性和安全性能。

本文要點(diǎn)

要點(diǎn)一：提出了“導(dǎo)電載體–催化中心–活性基元”三相界面協(xié)同儲(chǔ)能機(jī)制

  首次提出了基于鋰硫電池的“導(dǎo)電載體–催化中心–活性基元”三相界面協(xié)同儲(chǔ)能機(jī)制，并通過(guò)取向冷凍干燥技術(shù)合成錨定在GN基體上的1T MoS₂和Ti_nO_2n-1/MXene功能催化材料。

要點(diǎn)二：證明了加速Li₂S的形核，促進(jìn)LiPSs的快速轉(zhuǎn)化的原因

  原位拉曼測(cè)試的結(jié)果證明Mo-Ti/Mx-GN可以誘導(dǎo)產(chǎn)生內(nèi)源性的氧化還原介體S₂O₃^2?，其與“高階”S_x^2-之間發(fā)生偶聯(lián)生成[O₃S₂-(S_x-2)-S₂O₃]^2?中間體，再通過(guò)“Wackenroder reaction”歧化反應(yīng)：[O₃S₂-(S_x-2)-S₂O₃]^2?+2e^-→S_xO₆^2-+S₂^2-分解生成Li₂S₂（Li₂S）。S_xO₆^2-則繼續(xù)參與類似的歧化反應(yīng)而被消耗，所以能加速Li₂S的形核，促進(jìn)LiPSs的快速轉(zhuǎn)化。

要點(diǎn)三：Mo-Ti/Mx-GN電極在高負(fù)載和貧電解液條件下表現(xiàn)出高性能

  Mo-Ti/Mx-GN電極在8.4 mg cm^?2負(fù)載，E/S比為7.6 μL mg^?1條件下，在0.5和1 C電流密度下分別表現(xiàn)出 1115和863 mAh g^?1的高可逆放電容量。值得注意的是，當(dāng)電流密度切換回0.5 C時(shí)，Mo-Ti/Mx-GN電極的放電比容量升高至1118 mAh g^?1。

要點(diǎn)四：3D Li/Cu復(fù)合負(fù)極表現(xiàn)出優(yōu)異的性能和優(yōu)勢(shì)

  Li/Cu復(fù)合負(fù)極具有高比表面積的3D結(jié)構(gòu)，有利于加快電荷轉(zhuǎn)移速度，提升電池反應(yīng)動(dòng)力學(xué), 減小電池界面阻抗。3D Li/Cu復(fù)合負(fù)極可以提升負(fù)極的比表面積，降低局域電流密度。并且復(fù)合負(fù)極可以提供更多的成核位點(diǎn)，減緩鋰枝晶的生長(zhǎng)速率，調(diào)控表面電荷分布, 使Li⁺沉積更加均勻。高比表面積的3D結(jié)構(gòu)為鋰金屬負(fù)極的體積變化提供了緩沖空間，減少了循環(huán)過(guò)程中因鋰的脫落而導(dǎo)致的死鋰的形成，從而減少了不可逆容量的損失。銅網(wǎng)集流體為再沉積的Li⁺提供了一個(gè)高導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，抑制鋰金屬相對(duì)無(wú)限的體積膨脹。銅網(wǎng)的良好機(jī)械性能，可以減少內(nèi)部壓力和界面波動(dòng)，提升鋰金屬的抗疲勞性和柔性。柔性鋰硫電池彎折過(guò)程中即使鋰金屬完全斷裂，銅網(wǎng)仍能夠?qū)嗔训膬刹糠咒嚱饘龠B接在一起，保證了電子/離子的傳輸通路，并減少了活性材料的損失，增強(qiáng)了電池的安全性能。

  本工作設(shè)計(jì)并制備了基于3D Mo-Ti/Mx-GN電極、GPE和機(jī)械性能增強(qiáng)的鋰金屬負(fù)極柔性鋰硫電池。通過(guò)取向冷凍干燥技術(shù)，制備了波形結(jié)構(gòu)Mo-Ti/Mx-GN柔性電極。利用原位聚合技術(shù)，得到了GPE包覆的鋰金屬負(fù)極。實(shí)驗(yàn)結(jié)合DFT理論計(jì)算證明，1T MoS₂和Ti_nO_2n-1/MXene作為催化劑和吸附劑具有協(xié)同作用，可以抑制LiPSs的穿梭效應(yīng)，加快反應(yīng)的氧化還原動(dòng)力學(xué)，并促進(jìn)LiPSs轉(zhuǎn)化為Li₂S。通過(guò)原位拉曼測(cè)試證明Mo-Ti/Mx-GN可以誘導(dǎo)產(chǎn)生內(nèi)源性的氧化還原介體S₂O₃^2?，S₂O₃^2?與S_x^2-之間發(fā)生偶聯(lián)會(huì)生成[O₃S₂-(S_x-2)-S₂O₃]^2?中間體，再通過(guò)“Wackenroder reaction”歧化反應(yīng)分解生成Li₂S₂（Li₂S），所以能促進(jìn)LiPSs的快速轉(zhuǎn)化。得益于1T MoS₂和Ti_nO_2n-1/MXene的協(xié)同效應(yīng)，具有“導(dǎo)電載體–催化中心–活性基元”三相界面的復(fù)合硫正極在0.5 C倍率下350次循環(huán)過(guò)程中表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性能，其每個(gè)循環(huán)的容量損失率僅為0.024%。3D Mo-Ti/Mx-GN電極即使在8.4 mg_s cm^-2的高硫負(fù)載量和7.6 μL mg_s^-1的貧電解液條件下，仍然表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性能。機(jī)械性能增強(qiáng)的Li/Cu復(fù)合負(fù)極具有3D結(jié)構(gòu)，有利于加快電荷轉(zhuǎn)移，提升電池的反應(yīng)動(dòng)力學(xué), 減小界面阻抗。3D Li/Cu復(fù)合負(fù)極可以降低局部電流密度, 使Li⁺沉積更加均勻。銅網(wǎng)的良好機(jī)械性能，可以提升鋰金屬的抗疲勞性和柔性。柔性鋰硫電池彎折過(guò)程中即使鋰金屬完全斷裂，銅網(wǎng)仍能夠?qū)嗔训膬刹糠咒嚱饘龠B接在一起，保證了電子/離子的傳輸通路，并減少了活性材料的損失，增強(qiáng)了電池的安全性能。此外，在金屬網(wǎng)增強(qiáng)的鋰金屬負(fù)極表面原位聚合GPE，可以增加其離子電導(dǎo)率和界面相容性。3D Mo-Ti/Mx-GN電極、GPE和鋰金屬負(fù)極構(gòu)筑的柔性鋰硫電池在極端條件下仍能夠保持可逆的能量輸出和優(yōu)異的安全性能，表現(xiàn)出應(yīng)用于柔性可穿戴領(lǐng)域的潛力。

文章鏈接

Ti_nO_2n–1/MXene Hierarchical Bifunctional Catalyst Anchored on Graphene Aerogel toward Flexible and High-Energy Li–S Batteries

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c08246

通訊作者介紹

張世超，北京航空航天大學(xué)教授、博導(dǎo)，國(guó)家973項(xiàng)目首席科學(xué)家，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。主要從事高性能鋰離子電池、鋰硫電池、鋰空電池和超級(jí)電容器等新型化學(xué)電源關(guān)鍵材料與器件研究工作，先后主持五項(xiàng)國(guó)家863計(jì)劃課題、九項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、兩項(xiàng)國(guó)家973重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目、一項(xiàng)國(guó)際科技合作計(jì)劃項(xiàng)目和一項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的研究工作。創(chuàng)新性地提出了三維集流體與三維電極概念，先后主持兩項(xiàng)鋰二次電池的國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目和我國(guó)第一個(gè)鋰硫電池的863計(jì)劃項(xiàng)目，構(gòu)建了多體系高比能柔性儲(chǔ)能器件。在Adv. Mater.、ACS Nano、Adv. Energy Mater.、Adv. Func. Mater.、Small、EnSM.、Nano Energy和Nano Research等高水平刊物上發(fā)表論文二百余篇，獲部級(jí)二等獎(jiǎng)多項(xiàng)。

邢雅蘭，北京航空航天大學(xué)副教授，主要研究鋰二次電池高性能電極材料及器件，聚焦于三維微納結(jié)構(gòu)高效電極材料的設(shè)計(jì)制備及性能優(yōu)化。在國(guó)內(nèi)外期刊上發(fā)表SCI論文60余篇。曾獲中國(guó)電子學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（2/5）、北京市自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（3/8）。獲評(píng)北航青年拔尖人才，承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、航天科技基金等，參與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、領(lǐng)域基金、國(guó)家973計(jì)劃等多項(xiàng)課題。

周光敏, 副教授，博士生導(dǎo)師。2014年博士畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院金屬研究所，導(dǎo)師為成會(huì)明院士和李峰研究員。2014-2015年于美國(guó)UT Austin從事博士后研究，合作導(dǎo)師為Arumugam Manthiram教授。2015-2019年在斯坦福大學(xué)崔屹教授課題組從事博士后研究。主要研究方向?yàn)殡娀瘜W(xué)儲(chǔ)能材料及器件與電池回收，已發(fā)表論文180余篇，其中第一作者及通訊作者論文包括Nature Nanotechnology, Nature Energy, Chemical Reviews，Nature Communications, Science Advances, PNAS，Advanced Materials等。論文被引用 32000多次(Google Scholar)，40余篇入選ESI高被引論文，H-index為76，2018-2022連續(xù)5年入選科睿唯安全球高被引科學(xué)家。擔(dān)任期刊Energy Storage Materials副編輯/科學(xué)執(zhí)行編輯及多個(gè)期刊青年編委，入選海外高層次人才（青年），目前承擔(dān)國(guó)家科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（課題負(fù)責(zé)）、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等，獲得包括侯德榜化工科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)青年獎(jiǎng)、廣東省材料研究學(xué)會(huì)青年科技獎(jiǎng)、能源存儲(chǔ)材料青年科學(xué)家獎(jiǎng)、中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)特別獎(jiǎng)、Materials Today Rising Star Awards等獎(jiǎng)勵(lì)。