我所發展了中空碳球負載Co單原子催化劑用于Li-Se電池正極材料

  近日,我所微納米反應器與反應工程學研究組(05T7組)劉健研究員團隊與中國科學技術大學宋禮教授、悉尼科技大學劉浩副教授、汪國秀教授團隊合作,制備了N摻雜空心多孔碳負載Co單原子納米反應器(CoSA-HC)。該反應器作為鋰—硒電池正極表現出了較高的放電容量、優越的倍率性能和極佳的循環穩定性,其庫侖效率接近100%,為金屬—硫族電池(MCB)電極設計提供了新思路。

  劉健團隊長期致力于深入研究微/納米反應器中的催化基礎理論,實現活性組分在納米反應器中的精準定位。前期工作中,該團隊與吳忠帥研究員團隊合作,發展了Fe1-xS納米顆粒負載的多孔碳球納米反應器,作為鋰—硫電池正極基體,實現了在0.5C的電流密度條件下,容量保持1070mAh/g循環200圈幾乎沒有衰減(Adv. Energy Mater., 2020)。Se正極具有優異的電子導電性,與S正極的體積容量相當。然而,由于聚硒化物的穿梭效應,導致Se與Li的反應活性低,容量衰減快,阻礙了Li-Se電池的實際應用。

  本工作中,科研人員借助單原子催化劑獨特的電子結構、最高的原子利用效率和優異的催化性能,通過使用PVP修飾的PS作為模板、調節雙金屬ZnCo-ZIFs前驅體中的Co和Zn含量,成功合成了N摻雜空心多孔碳負載的Co單原子(CoSA-HC)納米反應器。CoSA-HC納米反應器中單原子Co位點可以有效激活硒的反應活性,固定硒和聚硒化物,中空結構可提供更多的活性位點及更大的電極/電解液接觸面積,并改善傳質效果及抑制反應過程帶來的體積膨脹。

  上述工作于近日發表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。該工作得到中科院潔凈能源創新研究院合作基金等項目的資助。(文/蘇盼盼 圖/田昊)

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