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清華楊穎ACS Nano: （110）面占主導(dǎo)的VO2實現(xiàn)鋰硫電池的雙向電催化

催化是通過增強多硫化物的反應(yīng)動力學(xué)來提高鋰硫（Li-S）電池性能的有效方法，然而，Li-S電池放電和充電過程的雙向電催化仍然具有挑戰(zhàn)性。

在此，清華大學(xué)楊穎副教授等人通過 (NH₄)₂V₄O₉(NVO)的熱誘導(dǎo)部分分解來制備 (110) 面主導(dǎo)的VO₂，形成了具有雙向催化能力的 (110) VO₂ @NVO雜化物。

這種（110）晶面主導(dǎo)的VO₂對LiPSs中S-S鍵的斷裂和Li₂S的脫鋰都顯示出高催化活性，從而實現(xiàn)雙向電催化。碳納米纖維 (CNF) 用作支架來負(fù)載上述催化劑，為Li₂S沉積提供大表面并增強催化反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移。

圖1. (110)VO₂@NVO/CNF雙向催化劑的結(jié)構(gòu)和機理示意圖

因此，組裝的具有(110)VO₂ @NVO/CNF中間層的Li-S電池提供了1472 mAh g^-1的高初始容量，在0.1 C 時300次循環(huán)后仍保留了1038 mAh g^-1的高容量，在5 C的高倍率下1000次循環(huán)后容量為521 mAh g^-1。

即使在10.3 mg cm^-2的超高硫載量和4 μL mg^-1的低電解液/硫（E/S）比下，仍實現(xiàn)了具有3 mAh cm^-2高容量的穩(wěn)定循環(huán)性能，這表明硫的利用率和反應(yīng)動力學(xué)大大提高。這項工作展示了一種通過小平面調(diào)節(jié)的簡單雙向催化劑設(shè)計，這也有助于理解Li-S電池中不同催化劑的催化機理。

圖2. 含(110)VO₂@NVO/CNF中間層的Li-S電池電化學(xué)性能

A (110) Facet-Dominated Vanadium Dioxide Enabling Bidirectional Electrocatalysis for Lithium-Sulfur Batteries, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c07647

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