Abstrakt

In-situ-Verankerung sulphiphiler Silica-Nanopartikel auf makromesoporösem Kohlenstoffgerüst für kostengünstige Li-S-Kathoden

  Liu Yan

 Leitfähige poröse Kohlenstoffe haben sich als führende Wirtsstoffe für die Herstellung von Kathoden für Lithium-Schwefel-Batterien herauskristallisiert, werden jedoch derzeit durch schlechte Oberflächenchemie und kosteneffiziente Synthese herausgefordert. Hier wurde ein dreidimensionaler hierarchischer makromesoporöser Kohlenstoff mit In-situ-Silica-Verankerung (SMC) über einen wirtschaftlichen und durchsatzstarken Sol-Gel-Ansatz hergestellt. Bei dieser Strategie werden miteinander verbundene Makroporenkanäle, zahlreiche Mesoporen und gut verteilte Silica-Nanopartikel synergetisch in ein leitfähiges Gerüst integriert, das durch Ansammlung von Kohlenstoff-Nanopartikeln aufgebaut wird, und der anpassbare Silica-Gehalt kann gleichzeitig erreicht werden. Das dreidimensionale leitfähige Netzwerk und die miteinander verbundenen hierarchischen Porositäten verleihen der Kohlenstoffmatrix vielfältige strukturelle Vorteile zur Förderung des Elektronen-/Ionentransfers und zur Homogenisierung der Schwefeldispersion. Darüber hinaus wird die Mobilisierung von LixSy (S8 und Polysulfide) durch die chemische Bindung zwischen Silica und LixSy drastisch eingeschränkt, was durch DFT-Studien bestätigt wird. Dank dieser einzigartigen Vorteile weisen die Batterien eine hohe reversible Kapazität von 969,7 mAh g-1 und eine verbesserte Kapazität von 625,5 mAh g-1 auf, bei einem Kapazitätsverlust von nur 0,088 % pro Zyklus nach 400 Zyklen bei 0,2 °C. Diese Strategie bietet möglicherweise eine neue Perspektive für die chemische Oberflächenmodifizierung von kohlenstoffbasierten Schwefelwirtsmaterialien mit einem kostengünstigen und einfachen Ansatz, um letztlich die Energieumwandlungs- und -speichersysteme voranzubringen.