文 章 信 息

VC-VO異質顆粒的相演化促進鋰硫電池中硫轉化反應

研 究 背 景

鋰硫電池因其超高的理論能量密度、低成本和硫的環境友好性而成為下一代儲能系統的熱門候選。然而，多硫化物的穿梭效應和反應動力學遲緩的存在嚴重阻礙了其研究進展。近期，硫宿主材料的研究通常集中在調節多硫化物的行為以獲得高性能的鋰硫電池。 然而，電化學過程中富多硫化物的環境下支架材料是否會發生相演化，以及可能發生的相演化對整體電化學行為的影響，對于探索鋰硫電池的內部反應機理和電化學性能具有至關重要的作用。電化學過程中的物相演化及其影響的詳盡探索，為鋰硫電池的商業化提供了更多的可能性。

文 章 簡 介

基于此，來自廣西大學的朱金良副教授，在國際知名期刊Advanced Functional Materials上發表題為“Phase Evolution of VC-VO Heterogeneous Particles to Facilitate Sulfur Species Conversion in Li?S Batteries”的文章。該文章主要介紹了碳分散的VC-VO納米顆粒作為硫正極宿主材料有效地促進了硫和多硫化物的轉化。通過原位表征技術，探究了電化學過程中富多硫化物條件下VC-VO顆粒的相演化，以及相演化對電化學行為的影響。

圖1. VC-VO異質顆粒電化學過程中的相演化

本 文 要 點

要點一：VC-VO異質顆粒作為多硫化物固定劑和催化劑VC-VO異質顆粒作為多硫化物固定劑和氧化還原反應催化劑有效地增強了鋰硫電池的電化學性能。VC-VO異質顆粒結合了VO的強吸附能力和VC的氧化還原活性。VC-VO異質顆粒可以同時實現對多硫化物的強有力錨定，快速擴散和高效轉化。VO和VC之間良好的界面接觸保證了多硫化物從捕獲位置向導電基質的快速擴散，從而加速了氧化還原動力學，促進了不溶性硫化鋰的形核和沉積。

圖1.a）可視化吸附試驗和b）相應的紫外-可見光譜。c） 多硫化物（Li2S8、Li2S6、Li2S4和Li2S2）吸附在VC和VO上的結合能。d） Li2S8和Li2S2在VC（200）和VO（200）上的吸附構型。e） VC（200）和VO（200）平面上Li2S8和Li2S2的電荷密度。

圖2.a）旋轉圓盤電極（RDE）的三電極測量系統示意圖。b） VC-VO/HPC、VC/HPC，VO/HPC和HPC的LSV曲線。c） 根據LSV曲線計算的電位控制電流階段的Tafel曲線。VO/HPC d）、VC/HPC e）和VC-VO/HPC f）的恒電位放電曲線。g, h）對稱電池CV曲線。i）Li+擴散速率。 要點二：VC-VO異質顆粒在富多硫化物下電化學過程中的相演化透射電子顯微鏡、X射線光電子能譜、原位XRD和Raman等表征技術揭示了VC-VO異質顆粒在富多硫化物電化學過程中的相演化。含有零價/低價金屬原子的VC-VO異質顆粒在鋰硫電池中作為硫正極宿主時，會發生部分硫化形成硫化釩。此外，探索了相演化產物對電化學反應的影響以及其對多硫化物的作用方式。密度泛函理論(DFT)計算表明，硫化釩具有優良的電子導電性，加快了總電子傳遞速率，促進了硫相關物種之間的轉化，主要作用于液相多硫化物的轉化。

圖3.a，b）原位拉曼測試以及c）相應的電壓-容量曲線。d、 e）原位XRD測試。f）VC-VO/HPC在兩個恒電流充電/放電周期后的HRTEM圖像和快速傅里葉變換（FFT）。

圖4.a）VC-VO/HPC（循環5周期）、VC-VO/HPC、HPC（循環5周期）和HPC的對稱電池的CV曲線。b）0.1 mV s?1掃描速率下的CV曲線和c）對應的反應峰值電壓。d）相應的Tafel曲線。g）電化學過程中VC-VO/HPC的反應機理圖。 要點三：VC-VO/HPC@S電極出色的電化學能力VC-VO/HPC@S電極在電化學性能測試中展現出了優異的容量性能(1484 mAh g?1，0.1 C)和超高的循環穩定性(每循環0.045%的衰減率，5 C)。同時，采用VC-VO/HPC@S電極的軟包電池提供了出色的能量密度（358 Wh kg?1），并可以在不同彎折程度下進行平穩地提供電能。

圖5.a，b）VC-VO /HPC@S高硫含量下的循環性能。c）軟包電池成功點亮燈組。d） 不同彎折情況下點亮LED燈泡。

審核編輯 ：李倩