朱永春/宋英泽Nano Res.：碳缺陷工程用于锂硫化学催化

来源：科匠学术

多硫化锂的穿梭效应和缓慢的电化学反应动力学过程是锂硫电池体系的关键科学问题。采用电催化剂可有效抑制多硫化锂的穿梭，改善电化学反应动力学过程，从而提升电池的电化学性能。近日，中国科技大学朱永春/西南科技大学宋英泽研究团队在Nano Research在线发表了题为“Defect Engineering on Carbon Black for Accelerated Li–S Chemistry”的研究论文。朱永春教授和宋英泽特聘教授为论文的共同通讯作者，蔡文龙博士为第一作者。

图1. 碳黑表面缺陷分析：（a）Raman光谱；（b）XPS能谱。

研究人员采用H2O2对碳黑进行表面缺陷设计，构建了缺陷型炭黑电催化剂。研究发现，通过优化H2O2用量，可实现对炭黑表面缺陷度的有效调控。当H2O2用量为1 mL时，炭黑（CB-2）获得了最好的表面缺陷度。实验和理论计算结果证明采用构建的缺陷型碳黑电催化剂不仅有效抑制了多硫化锂的穿梭，而且还显著催化了多硫化锂的转化反应。其中，Li2S成核实验中，Li2S在CP-CB-2表面的沉积量达到113.2 mAh gS-1，远高于其它对比样。因此，电池的电化学性能得到有效改善：在4.0 C下的倍率容量为783 mAh g-1；在2.0 C倍率下500次循环容量衰减率仅为平均每圈0.07%。研究工作验证了缺陷工程对构建高活性电催化剂的有效性，为设计高能量密度和长循环寿命的锂硫电池提供了研究策略。

图2. 碳黑表面缺陷分析：（a）EPR谱；（b）C K-edge EELS谱。

图3. 缺陷型炭黑对Li2S4和Li2S的吸附能。

图4. 缺陷型炭黑对锂硫化学的催化性能。