為了滿足實際應用需求，迫切需要高質量負載的鋰硫（Li-S）電池以實現(xiàn)良好的電化學性能。在這里，獨特的三維(3D)還原氧化石墨烯(rGO)涂層超薄氧化鋅鈷復合N摻雜碳自支撐分層多孔納米片陣列，錨定在柔性碳布(CCs) (rGO-S/ZnCo2O4@NC/ CCs），被設計和選擇為獨立的陰極。使用rGO-S/ZnCo2O4@NC/CC作為正極的鋰硫電池表現(xiàn)出約1377.8 mAh g
-1 的高容量，并在0.1 C下循環(huán)700次后仍保持約1006.3 mAh g
-1的出色容量，硫負載為2.2毫克 cm
−2。此外，即使在8.2 mg cm
−2的高硫負載下，也可以在0.1 C下實現(xiàn)735.9 mAh g
−1 的優(yōu)異容量。在這項工作中，具有特殊功能和具有導電rGO的3D自支撐分層多孔納米結構 涂層設計，通過“內外雙修”作用，合理緩解??高負載鋰硫電池的“穿梭效應”。
圖 1. (a) rGO-S/ZnCo2O4@NC/CCs 合成示意圖。(b) rGO“涂層”抑制“穿梭效應”的硫儲存電化學機制。
圖2. (a-d) Co-MOF、ZnCo
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4@NC/CCs、S/ZnCo
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4@NC/CCs和 rGO-S/ZnCo
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4@NC/CCs 的SEM圖像。(e)S/ZnCo
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4@NC/CC復合陰極的TEM圖；插圖顯示了來自 S/ZnCo
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4@NC/CC復合材料的相應選區(qū)電子衍射(SAED)圖案。(f)S/ZnCo
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4@NC/CC復合材料的高分辨率 TEM (HRTEM) 圖像。 (g) S/ZnCo
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4@NC/CC復合材料的TEM圖像和能 量色散X射線光譜(EDS)元素映射。
圖 3. (a) ZnCo
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4和ZnCo
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4@NC/CC復合材料的XRD圖。(b) ZnCo
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4@NC/CCs、S/ZnCo
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4@NC/CCs和rGO-S/ZnCo
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4@NC/CCs的拉曼圖譜。(c) ZnCo
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4@NC/CC復合材料的高分辨率Zn 2p、(d) Co 2p、(e) O 1s、(f) C 1s 和 (g) N 1s 光譜。 (h) ZnCo
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4@NC/CC和S/ZnCo
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4@NC/CC復合材料的N2吸附-解吸等溫線； 插圖是對應的 ZnCo
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4@NC/CC 復合材料的 Barrett-Joyner-Halenda (BJH) 孔徑分布曲線。(i) S/ZnCo
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4@NC/CC陰極的 TGA 曲線（硫載量為 2.2 mg cm
-2）。
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圖 4. rGO-S/ZnCo
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4@NC/CCs陰極的電化學特性（硫負載量為 2.2 mg cm-2）。(a) 0.1至2.0 C不同電流速率下的充放電曲線。 (b) 0.2至1 mV s
-1不同掃描速率下的CV曲線。(c) 0.4 mV s
−1處的伏安響應。 (d)在不同掃描速率下電容和擴散控制的電荷存儲的貢獻。(e)從0.1到2.0 C的倍率性能。 (f)在1.0 C下50次循環(huán)之前和之后的Nyquist圖。 (g)在0.1和1.0 C下超過700次循環(huán)的長期循環(huán)性能。
圖 5. rGO-S/ZnCo
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4@NC/CC 陰極的電化學特性（硫負載量為 4.2、6.2 和 8.2 mg cm
-2）。 (a) 單節(jié)電池觸發(fā)LED和電子表的照片。 (b) 奈奎斯特圖。 (c) 在0.1 C時的循環(huán)穩(wěn)定性。 (d) 這項工作的比容量、負載和循環(huán)性能與文獻中最近的相關報告的相關性。
相關科研成果吉林大學Lijun Zhao等于2021年發(fā)表在ACS Applied Nano Materials（https://doi.org/10.1021/acsanm.1c01876）上。原文：Reduced Graphene Oxide-Coated Zinc–Cobalt Oxide Nanosheet Arrays with N-Doped Carbon Anchored on Carbon Cloths as Cathode Materials for High-Sulfur-Loading Li–S Batteries。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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