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主要由不良的“穿梭效應”和遲緩的氧化還原動力學引起的顯著容量劣化和循環壽命不足阻礙了實用鋰硫（Li-S）電池技術的發展，用多硫化鋰（LiPS）吸附和電催化主體材料改性硫正極是解決這些問題的有前途的方法。

為解決上述問題，電子科技大學陳澤祥教授、王艷副教授等人原位合成了異質結構Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO。結合NiS和NiO的多種優點，制備的Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO被用作高效的電催化硫主體，可多維度提升Li-S電池的電化學性能。研究表明，Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO的內腔保證有足夠的空間容納硫和體積變化，獨特的半開放納米結構為Li₂S的成核提供了一個入口，從而保證活性物質和暴露的催化位點之間完全接觸。

在充放電過程中，基于Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO的硫正極表現出較低的電化學電阻和提高的鋰離子電導率。由于Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO與LiPSs之間的高親和力，活性物質的穿梭得到顯著緩解。此外，通過將異質結構工程與元素摻雜相結合調整了異質結構的電子結構，因此Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO異質結構具有豐富的催化異質界面，并表現出促進硫和Li₂S雙向轉化的電催化活性。

圖1. 異質結構的構建及其對催化LiPS轉化和抑制穿梭效應的協同作用

因此，以Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO為硫主體時，Li-S電池的穿梭效應得到有效抑制且活性物質利用率提高。電化學測試表明，該電池實現了卓越的電化學性能，包括令人印象深刻的1424.8 mAh g^-1初始放電容量和在1 C（1672 mA g^-1）下接近1056.7 mAh g^-1的可持續容量。即使在6.3 mg cm^-2的高硫負載和6 μL mg^-1的低E/S比條件下，經過1000次循環后電池仍保持958.2 mAh g^-1的最終容量，在所有循環中平均庫侖效率為98.8%。

此外，基于Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO組裝的軟包Li-S電池在0.1 C下的初始放電容量為863.8 mAh g^-1，100次循環后的可逆容量為753.7 mAh g^-1。總之，這些研究結果共同證明了引入異質結構Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO作為硫主體的實際優勢，并為制造高性能Li-S電池提供了可行的方法。

圖2. 基于該異質結構硫主體的Li-S電池性能

A hollow Co_0.12Ni_1.88S₂/NiO heterostructure that synergistically facilitates lithium polysulfide adsorption and conversion for lithium-sulfur batteries, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.07.001

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陳澤祥/王艷EnSM：異質結構硫主體協同促進鋰硫電池多硫化物吸附和轉化

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