成就简介

锂硫电池由于其高的理论能量密度而被认为是面向未来的最突出的能源电池系统之一。然而，多硫化物的穿梭效应和短循环寿命严重阻碍了它们的商业化。本文由西北工业大学闫一波教授和中国科学技术大学朱教授等研究人员在Adv. Sustain发表。系统。这篇名为“阶梯多孔碳-多层石墨烯@ Fe3C/ Fe3膜抑制高性能文献-硫电池的多硫化物穿梭”的期刊通过简单的相转化法开发了碳-多层石墨烯@Fe3C/Fe3N的阶梯多孔异质结构膜，并代替铝箔用作集流体。

含MG的特殊异质结构薄膜可以进一步提高电荷/Li+离子迁移率，适应充放电循环中的体积膨胀。Fe3C/Fe3N催化效应和化学吸附非均相抑制了多硫化物的穿梭效应。密度函数的理论计算证实了这种协同效应。因此，C-MG@Fe3C/Fe3N膜的容量在2 C后每次循环仅下降0.36%。这些结果表明，C-MG@Fe 3 C/Fe 3 N膜可以在Li-S电池中替代铝箔提供优异的集流体。该技术也为电池等领域制备各种薄膜提供了一种新方法。

图形指南

图1，a)C-Mg @ Fe3C/Fe3N薄膜的反相制备示意图。b)C-Mg @ Fe3C/Fe3N薄膜的XRD图。C)MCNT-S在N2气氛中以10℃分钟-1从30到800℃的热重分析曲线。d)C-MG @ Fe3C/Fe3N、C-MG和纯C薄膜的拉曼光谱。e，f，g)分别是C-MG@Fe 3 C/Fe 3 N薄膜的高分辨C 1s，N 1s和Fe 2p XPS谱。

2.a、b、C)纯C膜的SEM图像。分别是C-MG薄膜和C-MG@Fe3C/Fe3N薄膜。d，e，f)纯C膜横截面的SEM图像。分别是C-MG薄膜和C-MG@Fe3C/Fe3N薄膜。g)c-mg @ Fe3C/Fe3N薄膜的TEM图像。h，I)C-Mg @ Fe3C/Fe3N薄膜的HRTEM图像。

图3，a)涂有铝箔的碳和C-MG@Fe3C/Fe3N膜电极在0.2mV·s-1下的CV曲线。b)涂有铝箔的碳和C-MG@Fe3C/Fe3N膜电极在0.1C下的恒电流充/放电曲线0.1C下充/放电曲线的细节D)倍率性能C-MG@Fe3C/Fe3N膜电极和N膜电极涂有铝箔的碳在0.1–2–0.1C下的恒电流充/放电曲线e) C-Mg @ Fe3C/Fe3在不同倍率下。f)基于不同集流体的锂硫电池的奈奎斯特图。g)基于具有不同集电器的Li-S电池在2C下的长期循环寿命性能，前5个循环在0.1C下被激活

图4，a，b，C)分别在0.1至0.5mV·s-1的不同扫描速率下，纯C、C-MG和C-MG@Fe 3 C/Fe 3 N薄膜阴极的CV曲线。d，e，f)峰值电流与扫描速率的线性拟合曲线关系分别对应于纯C、C-MG和C-MG@Fe 3 C/Fe 3 N薄膜的CV扫描曲线。g，h) C-MG@Fe 3 C/Fe 3 N膜和铝箔包覆碳被用作锂硫电池中集流体的锂离子扩散模型。

图5，a)不同膜在Li2S6溶液中6h的吸附实验。b)不同电极的Li2S6对称电池的CV曲线。C)锂硫电池中C-MG@Fe 3C/Fe3N电极示意图。Li2S6扩散实验数码照片，1-7:隔膜/c-mg @ Fe3C/Fe3N；8-14:纯分离器。第一性原理计算Li2S和Li2S4分子在Fe3 C上最稳定的吸附构型。g，h) Li2S和Li2S4分子在Fe3N上最稳定吸附构型的第一性原理计算。

在本工作中，我们成功地制备了阶梯多孔膜C-MG@Fe3C/Fe3N，并将其用作先进锂硫电池的含硫材料。本发明方法简单，易于大规模制备，具有商业可行性。这一工作为锂硫电池碳基体薄膜的制备提供了新的策略，也为其他能源领域提供了启示。

https://doi.org/10.1002/adsu.202200086