Arumugam Manthiram教授AEM: MoTe2-CNT作为锂硫电池的双功能电催化剂

锂硫（Li-S）电池具有能量密度高、成本低的优点，但多硫化物的穿梭效应、缓慢的反应动力学和不可控的锂枝晶生长等缺点严重阻碍了其发展。MoTe₂作为硫正极和锂金属负极的主体材料都很有吸引力。然而，少层1T’-MoTe₂纳米片的可控合成仍然是一个主要障碍。

在此，美国德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram教授等人首次通过简单的水热工艺在碳纳米管上原位生长了金属1T’-MoTe₂纳米片（MoTe₂-CNT）。令人印象深刻的是，独立的MoTe₂-CNT可用作元素硫和金属锂负极的有效主体，同时解决Li-S电池的多个问题。

精心设计的MoTe₂-CNT具有几个引人注目的优势：首先，1T’-MoTe₂是具有高导电性的金属，使其适合于电子传输。其次，由于Li的高反应性，MoTe₂可以在Li负载过程中将其原位转化为Li₂Te和金属Mo。转变后的Mo相作为后续锂沉积的有利成核位点，原位形成的具有高离子电导率的Li₂Te有利于快速的锂离子扩散和稳定的电镀/剥离。

图1. MoTe₂-CNT/Li与S/MoTe₂-CNT的合成示意图

更重要的是，当MoTe₂-CNT/Li负极与S/MoTe₂-CNT正极配对时，在MoTe₂-CNT/Li负极上形成了一种独特的薄碲化和富硫的硫代碲酸锂（Li₂TeS₃）。形成的SEI进一步稳定了锂的沉积，延长了体系的循环寿命。

因此，具有≈2.5的N/P比和7.6 mAh cm^-2的高面积容量的纽扣全电池在500次循环后显示出75% 的容量保持率。使用 MoTe₂ -CNT组装的软包电池在≈2.9 µL [mAh]^-1的低电解液/容量比和4.5 µL mg^-1的低电解液/硫比下提供1533 mAh g^-1的高容量和319 Wh kg^-1的能量密度。这项研究为开发长寿命、实用可行的高能量密度锂硫电池铺平了道路。

图2. MoTe₂-CNT/Li负极的形貌和结构演变表征

图3. S/MoTe₂-CNT||MoTe₂-CNT/Li全电池的电化学性能

In Situ Grown 1T′-MoTe₂ Nanosheets on Carbon Nanotubes as an Efficient Electrocatalyst and Lithium Regulator for Stable Lithium-Sulfur Full Cells, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202103204

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Arumugam Manthiram教授AEM: MoTe2-CNT作为锂硫电池的双功能电催化剂

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