研究目的
通过采用独立式激光刻写石墨烯(LSG)中间层来抑制穿梭效应并提升电池性能,从而克服锂硫(Li-S)电池中多硫化物穿梭的难题。
研究成果
独立的LSG中间层有效抑制了锂硫电池中的多硫化物穿梭现象,在实现1160 mAh g-1的高比容量的同时展现出优异的循环稳定性(100次循环后容量保持率达80.4%)。LSG的分级三维多孔结构通过物理和化学方式限制多硫化物,对提升电池性能起着关键作用。
研究不足
该研究聚焦于抑制多硫化物穿梭效应,但未深入探讨锂硫电池中的其他挑战(如锂枝晶形成或电解液分解)。虽然文中提到LSG隔层生产工艺具有简便性,但要实现工业化规模应用可能还需进一步优化。
1:实验设计与方法选择:
采用在环境条件下对聚酰亚胺薄膜进行激光刻划的简单且可扩展的方法,构建了独立的LSG中间层。该LSG中间层设计具有分层三维孔隙结构,以抑制多硫化物穿梭效应。
2:样品选择与数据来源:
以商用Kapton聚酰亚胺薄膜作为LSG合成的起始材料。硫阴极的硫含量制备为约2 mg cm-2。
3:实验设备与材料清单:
通用X-660激光切割平台、布鲁克衍射仪、堀场LabRAM HR光谱仪、Kratos AXIS Ultra DVD、扫描电镜(卡尔蔡司Merlin显微镜)、高分辨透射电镜(FEI Titan 80–300 kV显微镜)、2032扣式电池、GC-50玻璃纤维隔膜、LiTFSI、DOL、DME、LiNO3。
4:实验步骤与操作流程:
通过激光刻划聚酰亚胺薄膜合成LSG,然后与导电乙炔黑和PTFE混合形成独立薄膜。将该薄膜插入锂硫电池的阴极与隔膜之间。通过循环测试、循环伏安法和电化学阻抗谱测量评估电化学性能。
5:数据分析方法:
XRD、拉曼光谱、XPS、SEM、TEM、N2吸附-脱附分析,以及包括循环稳定性、倍率性能、循环伏安法和电化学阻抗谱在内的电化学性能测试。
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获取完整内容-
Universal X-660 laser cutter platform
ULS PLS6.75
Universal Laser Systems
Used for laser scribing polyimide films to produce LSG.
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Bruker diffractometer
D8 Series II Advance
Bruker
Used for X-ray diffraction (XRD) analysis of LSG.
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SEM
Merlin
Carl Zeiss
Used for imaging LSG morphology and elemental EDS study.
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HRTEM
FEI Titan 80–300 kV
FEI
Used for high-resolution transmission electron microscopy of LSG.
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Horiba LabRAM HR spectrometer
Horiba
Used for Raman spectroscopy of LSG.
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Kratos AXIS Ultra DVD
Kratos Analytical Ltd
Used for XPS studies of LSG interlayer.
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2032 coin cells
MTI, Inc.
Used for assembling Li-S batteries for electrochemical performance measurement.
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GC-50 glass fiber
Advantec
Used as a separator in Li-S batteries.
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