采用3D打印的N-Ti3C2 MXene骨架实现无枝晶负极和高负载正极并举用于先进的Li-S全电池

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2024-05-23 10:44:57

采用3D打印的N-Ti3C2 MXene骨架实现无枝晶负极和高负载正极并举用于先进的Li-S全电池

锂硫（Li-S）电池的实际应用受到负极枝晶生长失控和正极高负荷性能较差的严重制约。因此，探索与先进制造技术相结合的多功能主体候选以同时调制两个电极具有重要意义。有鉴于此，苏州大学孙靖宇教授，杨瑞枝教授报道了提出了一种通用的3D打印（3DP）框架，其具有氮掺杂的多孔Ti₃C₂Mxene（N-pTi₃C₂T_x），能够同时调节Li-S电池的双电极。

本文要点：

1）这种3DP支架具有分级孔隙率、高导电性以及丰富的氮位以协同亲锂-亲硫特性。

2）作为枝晶抑制剂，3DP N-pTi₃C₂T_x中间层可以分散局部电流，使Li沉积均匀，从而使无枝晶负极在5.0 mA cm^-2/5.0 mAh cm^-2下保持800 h的超长寿命。同时，3DP N-pTi₃C₂T_x载体能够抑制多硫化物穿梭，加速硫电化学转化，特别是在高硫负荷下。

3）所制成的Li-S全电池（3DP N-N-pTi₃C₂T_x/S||3DP N-pTi₃C₂T_x@Li）在硫负载量为7.56 mg cm^-2时可连续工作250次以上，容量衰减率为0.06%。更令人印象深刻的是，在12.02 mg cm^-2下循环60次后，最终容量达到8.47 mAh cm^-2。

Chaohui Wei, et al, Concurrent Realization of Dendrite-Free Anode and High-Loading Cathode via 3D Printed N-Ti₃C₂ MXene Framework toward Advanced Li–S Full Batteries, Energy Storage Materials (2021)

DOI: 10.1016/j.ensm.2021.05.030

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.05.030