Adv. Mater.：Fe-N配位结构助力锂硫电池快速氧化还原转化

2023年11月4日上午10:17 • 头条, 干货, 顶刊 • 阅读 86

关键的缺点，包括氧化还原动力学迟缓和多硫化物（Li₂S_n，n = 4–8）的不良穿梭，严重恶化了高能量密度锂硫（Li–S）电池的电化学性能。

中南大学韦伟峰教授、北京工业大学Ning Wang教授通过构建具有双活性中心的集成催化剂来解决这些挑战，其中单原子 (SA)-Fe 和极性Fe₂N共嵌入氮掺杂石墨烯 (SA-Fe/Fe2N@NG)。

平面对称Fe-4N配位的SA-Fe和三角锥状Fe-3N配位的Fe₂N在这种结构中分别表现出对多硫化物的协同吸附和对Li₂S_n锂化和Li₂S脱锂的催化选择性。这些特性赋予SA-Fe/Fe₂N@NG改性隔膜最佳的多硫化物限制-催化能力，从而加速双向液-固转化（Li2Sn↔Li2S），并抑制穿梭效应。

基于SA-Fe/Fe₂N@NG隔膜的Li-S电池在1 C（纯S正极，S含量：70 wt%）下循环500次后实现了 84.1% 的高容量保持率和并在0.1 C下获得5.02 mAh cm^-2的高面容量（SA-Fe/Fe2N@NG支撑的S正极，S负载 = 5 mg cm^-2）。

图1 SA-Fe/Fe2N@NG的设计策略

图2 Li-S电池性能

Engineering Fe–N Coordination Structures for Fast Redox Conversion in Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202100171

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