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NiS2/ZnIn2S4异质结实现锂-氧电池中类环状Li2O2沉积
发布时间：2020-09-03     作者：harry   分享到：
在下那代储热集成电路芯片中，非质子系锂-氧（Li-O2）电板是因为其原理精力强度能够达到3500 Wh/kg而兼具资源优势。而是，在非质子系里加电副产物过氧化反应锂（Li2O2）享有僵板的接地性和不可溶性，让Li-O2电板的读取出水量低、倍数能差、再循环壽命短，嚴重的阻碍了或许际适用。


目前，公认的Li2O2生长机理有两种，分别为表面吸附途径和溶剂介导途径，其中间产物LiO2的形成位置在调控Li2O2的生长中起决定性作用。在表面吸附生长途径中，由于LiO2吸附在电极表面，所以会生成薄膜状Li2O2；而在溶剂介导生长途径中，溶解在电解液中的LiO2更倾向于生成类环状Li2O2。通常，调节电解液的组分和构建适宜的催化剂是两种目前获得类环状Li2O2常用的途径。虽然通过引入高给体数（DN）的溶剂提高了LiO2的溶解度，但高DN的溶剂对于超氧自由基极不稳定，还会伴随有副反应的发生。因此，在低DN的溶剂中利用异质界面工程提高电催化活性成为了当今研究的重点。
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近年来，电子科技大学熊杰教授、王显福研究员和成都理工大学龙剑平教授（共同通讯作者）宋江因比较巧妙地提起半个种新颖的NiS2/ZnIn2S4异质结，其在低DN的相转移催化剂中实行了类环状Li2O2的石油醚介导形成。在其中建交变电场的驱动器下，NiS2/ZnIn2S4能**催进网页带电粒子转变，因而**地调低LiO2里头货物的吸咐能。NiS2/ZnIn2S4异质结的造成改动了Li2O2在低DN的有机萃取剂中普通的表面层离心分离繁殖方法，经过有机萃取剂介导渠道确保了类环状Li2O2的堆积。与ZnIn2S4不同于，NiS2/ZnIn2S4异质结要能加强Li-O2余量电池打印输出余量和无限无限循环稳固性，其比余量相当于3682 mAh/g，体现了490次的出众的无限无限循环稳固性。这项事业提拱好几回种在低DN石油醚中完成Li2O2化合物萃取剂介导磨合的技巧。本次理论研究以发表文章“Heterostructured NiS2/ZnIn2S4 Realizing Toroid-Like Li2O2 Deposition in Lithium-Oxygen Batteries with Low-Donor-Number Solvents”收录在ACS Nano上。
难题组科学研究目标和新况



图一   NiS2/ZnIn2S4的物相及形貌表征
(a) Li-O2电池中碳布上形成的NiS2/ZnIn2S4异质结示意图；
(b-f) 分别为NiS2/ZnIn2S4异质结的XRD、SEM、TEM、HRTEM及EDX分布图像，其中，灰色、黄色、棕色和蓝色的球分别代表Ni、S、In和Zn原子。



图二  NiS2/ZnIn2S4的XPS研究方法及异质结工程施工
(a-c) 在0.75NiS2/ZnIn2S4、NiS2 和ZnIn2S4中，Zn 2p、In 3d和S 2p的XPS谱图；
(d) NiS2 和ZnIn2S4异质界面的电荷分布图；
(e) NiS2 、ZnIn2S4 和NiS2/ZnIn2S4的态密度曲线；
(f) NiS2 和ZnIn2S4的异质界面示意图。


图三  NiS2/ZnIn2S4电极的电化学性能
(a) NiS2 、ZnIn2S4 和xNiS2/ZnIn2S4电极的奈奎斯特曲线；
(b, c) 一开始可以充尖端放电申请这类卡种曲线提额，在500 mA/g功率下各工业对应着的库伦效果相比；
(d) 不同电流密度下0.75NiS2/ZnIn2S4电极的倍率性能；
(e) 0.75NiS2/ZnIn2S4电极的容量保留率及库伦效率对比；
(f) 各不相同参比电极在感应电流孔隙率为500 mA/g，限量比余量为500 mAh/g下的循坏性能参数。


图四  0.75NiS2/ZnIn2S4电极在充放电过程中的结构和成分分析
(a, b) 在电流密度为500 mA/g下，0.75NiS2/ZnIn2S4电极在不同充放电阶段的结构及形貌变化；
(c-e) 0.75NiS2/ZnIn2S4电极在充放电过程中的的XRD、Li 1s XPS和EIS图谱。


图五  不同循环次数后的XPS表征
(a-d) 0.75NiS2/ZnIn2S4电极在分别循环200次和490次后的Li 1s、C 1s、S 2p和Ni 2p XPS谱图。



图六  DFT计算模拟结果及机理分析
(a-c)分别为Li+、O2和LiO2吸附在NiS2/ZnIn2S4上的优化结构图和吸附能（Eads）；
(d, e)  Li2O2在ZnIn2S4和NiS2/ZnIn2S4电极表面的生长机理示意图。


个人总结


在文中中，作家根据NiS2/ZnIn2S4异质结做为Li-O2动力电池中的高催化反应活性催化反应剂，成功的在低DN相转移催化剂中变成了类环状Li2O2堆积。异质结的内建电场强度开展了画面智能电子交换，**驱动了中副产物LiO2的树脂吸附，而改变了Li2O2的液体介导沉淀积累。再者，NiS2/ZnIn2S4异质结可以淡化了Li+和O2的快速的吸附和钛电极质构建，为化学反应趋势学给出了雄厚的页面吸附性位点。由于，NiS2/ZnIn2S4离子液体的Li-O2存储量电池主要表现出490次的间歇平稳性和3682 mAh/g的高存储量。该类探究是因为，录求高DN稀释剂不必是Li-O2手机电池做到高耐热性的**选购。离子液体剂的异质架构市政工程不止为Li-O2动力手机手机电池适用低DN相转移促使剂给出了大量的将性，另一方面还就不会失去动力手机手机电池存储量和循环程序期限，这也为五金-冷空气动力手机手机电池和许多促使程序的设置给出了大量选择。
原文链接：Heterostructured NiS2/ZnIn2S4 Realizing Toroid-Like Li2O2Deposition in Lithium-Oxygen Batteries with Low-Donor-Number Solvents(ACS Nano, 2020, DOI: 10.1021/acsnano.9b09646)