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洪果/姚亞剛Adv. Sci.: CoNiO2/Co4N異質納米線增強鋰硫電池性能

可溶性多硫化物的“穿梭效應”和緩慢的反應動力學阻礙了鋰硫電池的實際應用。過渡金屬氧化物是緩解這些問題的有希望的介質，但較差的導電性限制了其進一步發展。

在此，澳門大學洪果教授及南京大學姚亞剛教授等人從物理性質和結構的角度制備了由CoNiO₂/Co₄N異質結構納米線支撐的石墨烯復合基體，原位形成的異質結構大大增強了多硫化物的反應動力學并降低了Li-S電池的“穿梭效應”。

首先，作者制備了均質的CoNiO₂/Co₄N納米線并將其用作石墨烯基硫正極的添加劑。通過優化氮化度，可以獲得連續的異質結構界面，同時有效調整能帶結構。在這種設計中，納米線結構將有效避免石墨烯堆積和團聚。通過結合CoNiO₂的強吸附/催化性能和Co₄N的導電性，原位形成的CoNiO₂/Co₄N異質結構顯示出協同增強效應。

圖1. CoNiO₂/Co₄N異質結構催化性能的驗證

理論計算和實驗設計表明，它不僅可以通過多硫化物的化學吸附和催化轉化顯著抑制“穿梭效應”，還可以提高離子和電子的傳輸速率。因此，由這些CoNiO₂/Co₄N納米線支撐的石墨烯復合硫正極表現出改進的硫物種反應動力學。

相應的電池在 0.2 C下實現了1198 mAh g^-1的高可逆容量，4 C下仍提供688 mAh g^-1的高倍率容量，在600次循環中具有每循環≈0.07% 的超低衰減率。因此，這種異質結構納米線和石墨烯復合結構的設計為多硫化物的快速捕獲-擴散-轉化過程提供了一種先進的策略。

圖2. CoNiO₂/Co₄N-G-S 和其他對照正極的電化學性能

CoNiO₂/Co₄N Heterostructure Nanowires Assisted Polysulfide Reaction Kinetics for Improved Lithium–Sulfur Batteries, Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202104375

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