物构所王瑞虎AM: 同时提高锂硫电池能量密度和寿命的亲硫CoB异质结构纳米片的界面电子工程

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物构所王瑞虎AM: 同时提高锂硫电池能量密度和寿命的亲硫CoB异质结构纳米片的界面电子工程
高重量、面积和体积容量以及长寿命是锂硫（Li-S）电池在紧凑空间中应用的关键指标，开发同时实现高重量、面积和体积容量以及高倍率和循环稳定性性能的新型电极材料仍然是一项艰巨的挑战。
物构所王瑞虎AM: 同时提高锂硫电池能量密度和寿命的亲硫CoB异质结构纳米片的界面电子工程
在此，中科院福建物构所王瑞虎研究员等人通过熔盐辅助策略使用ZIF-8作为前驱体构建了一种由硼化钴 (CoB) 和硼共掺杂多孔碳 (NBC) 组成的新型异质结构纳米片。
NBC和CoB之间的界面电子相互作用在界面区域诱导电荷重新分布，这加速了离子/电子传输和固体硫物种的均匀沉积。而 CoB/NBC良好的催化效果和二元亲硫性极大地促进了氧化还原动力学和对多硫化物的化学吸附，即使在高硫含量、硫负载和高速率下也是如此。
物构所王瑞虎AM: 同时提高锂硫电池能量密度和寿命的亲硫CoB异质结构纳米片的界面电子工程
图1. 合成NBC和CoB/NBC的示意图
因此，CoB/NBC-S电极表现出优异的循环稳定性，在5 C高倍率下超长1500次循环中平均容量衰减为0.013%。此外，具有82 wt% 的高硫含量和5.8 mg cm-2 的高硫负载的该电极在0.1 C下仍能提供1309 mA hg-1的重量容量、7.59 mAh cm-2的面积容量和1355 mAh cm-3的体积容量，可以与报道的最先进的硫正极纳米片相媲美。
该研究为设计金属硼化物异质结构纳米片以实现锂硫电池的高能量密度和长寿命提供了新方法。
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图2. CoB/NBC-S电极的电化学性能
The Interfacial Electronic Engineering in Binary Sulfiphilic Cobalt Boride Heterostructure Nanosheets for Upgrading Energy Density and Longevity of Lithium-Sulfur Batteries, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202102338

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