周金元/赵浩EnSM：揭示锂硫电池中V5S8在多硫化锂上的催化本质

原子插层过渡金属二硫化物（TMD）因其高度提高的导电性而备受关注，但很少有报道称原子嵌入可以使 TMD 具有意想不到的催化性能，这是由它们的晶胞变形引起的。

在此，兰州大学周金元教授及烟台大学赵浩等人通过直接硫化法结合柯肯达尔效应在电纺碳纳米纤维（CNF）表面成功合成了V插层的NiAs 型V₅S₈纳米薄片，V原子占据VS₂单层之间的层间距，不可避免地改变间隙和原子排列并引起晶胞变形。

当CNF@V₅S₈/S用作锂硫电池（LSBs）正极时表现出优异的倍率性能，即充放电倍率提高10倍时可保持初始容量的73.65%，远高于CNF@VS₂/S (54.0%) 和CNF/S (55.1%) 。即使在5 C时，CNF@V₅S₈/S正极仍然保留50.8% 的容量。此外，该正极在5 C时1500 次循环中显示出每循环仅0.0312% 的超低衰减率。

图1. CNF@V₅S₈/S复合正极的形成过程示意图及电子传输性能

电化学测试和分析表明，优异的倍率性能和循环稳定性主要是由V₅S₈的催化作用引起的，它可以促进可溶性LiPS向不溶性 Li₂S₂/Li₂S产物转化。与VS₂相比，V₅S₈可使电子传输速率提高37.7%，离子扩散系数提高31.3%。

电子传输和离子扩散的改进可能主要是由于V₅S₈可以加速氧化还原反应从而减少正极附近多硫化物和Li₂S₂/Li₂S的富集。此外，V₅S₈可以进一步使LSB在高硫负载（7.8 mg cm^-2）下实现8.2 mAh cm^-2的高面积容量，以及在任何弯曲角度（0-180°）下的高动态柔性稳定性。

因此，这项工作将为构建先进的储能系统提供基于NiAs型硫化钒的Li-S化学的深入理解。

图2. 高硫负载锂硫电池的柔韧性测试

Deciphering the catalysis essence of vanadium self-intercalated two-dimensional vanadium sulfides (V₅S₈) on lithium polysulfide towards high-rate and ultra-stable Li-S batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.09.030

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周金元/赵浩EnSM：揭示锂硫电池中V5S8在多硫化锂上的催化本质

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