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Batteries & Supercaps:MoS2/MoN异质结动力学驱动锂氧气电池膜状放电产物生成


锂氧气电池由于具有较高的能量密度(3500 Wh kg-1)因而被视作是可以替代锂离子电池的下一代储能体系。锂氧气电池基于2Li+ + O2 + 2e- ↔ Li2O2 (E° = 2.96 V vs Li/Li+) 的三相反应,其放电产物Li2O2导电性差,反应过程中Li2O2的过量积累将会掩盖活性位点,阻碍电荷传导路径,不仅降低电池容量,也会影响电池循环寿命,从而限制其实际应用。


基于此,苏州大学邓昭教授针对锂氧气电池中放电产物形成的问题,在碳布上构建了MoS2/MoN异质结作为锂氧气电池的自支撑正极。相对于MoS2@CC通过热力学驱动诱导Li2O2结晶,形成难分解的晶态Li2O2, MoS2/MoN@CC在放电过程中则通过动力学驱动Li2O2的形核长大,生成易分解的非晶态Li2O2,从而极大提高电池的电化学性能。



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图1 MoS2/MoN异质结形成过程和放电产物形成过程示意图

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图2 MoS2/MoN异质结表面放电产物的DFT计算

通过理论计算结果表明,中间产物LiO2在MoS2/MoN异质结表面吸附能最大,表明LiO2会优先吸附在异质结上,随后放电产物以表面机制生长。差分电荷密度指出MoN中的Mo原子会正偏,并与LiO2中的氧原子产生更强的键合作用,而态密度进一步表明异质结的费米能级位于离散导带,表现出显著的金属性,因而材料电导率得到提升。得益于此独特结构,电池实现了0.79 V的低充放电极化,9.04 mAh cm-2的高比容量,及在0.1 mA cm-2的电流密度下稳定循环超过200圈。这项工作为通过构建异质结构界面来提高锂氧气电池的性能来调控放电产物的形貌提供了一个新的思路。

文信息

Conformal Lithium Peroxide Growth Kinetically Driven by MoS2/MoN Heterostructures Towards High-Performance Li−O2 Batteries

Yuting Gu, Yong Ma, Le Wei, Yuebin Lian, Ying He, Yanhui Su, Xinjian Li, Prof. Yang Peng, Prof. Zhao Deng


Batteries&Supercaps

DOI: 10.1002/batt.202200222




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