Andreu Cabot/侴术雷AFM：碘掺杂Bi2Se3纳米片作为锂硫电池的新型硫主体

锂硫电池（LSB）因其超高的理论比能量、与硫含量丰富相关的低成本及无毒性而备受关注，然而其实际应用仍然受中间体多硫化锂（LiPS）的穿梭行为和缓慢转化动力学的严重阻碍。

在此，西班牙巴塞罗那大学-加泰罗尼亚能源研究所Andreu Cabot教授、杨大伟联合温州大学侴术雷教授、美国德克萨斯大学奥斯汀分校Jiaao Wang等人提出将碘掺杂的硒化铋（I-Bi₂Se₃）纳米片作为LSB的新型硫主体，能够通过固定LiPS和催化活化正极的氧化还原转化来解决上述问题。花状结构的Bi₂Se₃纳米片在180 °C下由含有硝酸铋、亚硒酸钠和聚乙烯吡咯烷酮的碱性溶液制成，然后通过在室温下剧烈搅拌48小时将Bi₂Se₃纳米片分散在碘化钾水溶液中获得I-Bi₂Se₃纳米片。

DFT和实验研究证明，I-Bi₂Se₃纳米片具有适当的组成和微纳米结构，可促进Li⁺扩散和快速电子传输，并提供大量具有强LiPS吸附能力和非凡催化活性的表面位点。因此，该纳米片可有效抑制多硫化物穿梭并显著增强了硫物质的氧化还原动力学。

图1. I-Bi₂Se₃纳米片的表征

电化学测试表明，I-Bi₂Se₃/S电极在0.1 C时表现出高达1500 mAh g^-1的出色初始容量和超过1000次循环的循环稳定性，在1 C 时每个循环的平均容量衰减率仅为 0.012%，远优于Bi₂Se₃ /S和Super P/S电极。

此外，I-Bi₂Se₃/S电极在高硫负载（5.2 mg cm^-2）和贫电解液（8 µL mg^-1）条件下进一步测试时表现出优异的倍率性能，0.1 C时的面积容量为5.70 mAh cm^-2，0.5 C时的面积容量为4.12 mAh cm^-2，超过了锂离子电池面积容量的工业要求（≈4 mAh cm^-2）。总体而言，这项工作展示了一种通过金属硒化物催化剂的杂原子掺杂来提高LSB正极性能的有效方法，有助于实现LSB的大规模应用。

图2. 高硫负载、贫电解液条件下LSB的性能

Enhanced Polysulfide Conversion with Highly Conductive and Electrocatalytic Iodine-Doped Bismuth Selenide Nanosheets in Lithiu-Sulfur Batteries, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202200529

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