據(jù)悉，湘潭大學(xué)舒洪波教授課題組設(shè)計(jì)出了一種新型鉬酸鹽材料——NiMoO4納米片錨定在氮硫共摻雜碳布上（NiMoO4@NSCC），其是一種3D層次結(jié)構(gòu)材料，能有效緩解現(xiàn)有鋰硫電池循環(huán)穩(wěn)定性的不足。
鋰硫電池因其高的理論比容量（1675mAh/g）和低成本，被認(rèn)為是最具有發(fā)展前景的新一代儲(chǔ)能系統(tǒng)之一。然而，低的硫負(fù)載量、硫的利用率不高、循環(huán)穩(wěn)定性較差等因素成為它走向商業(yè)化應(yīng)用的絆腳石。這些問(wèn)題主要是由嚴(yán)重的穿梭效應(yīng)和緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)造成的。
為了克服上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種合理的材料既能保證對(duì)多硫化物的有效錨定，又能催化反應(yīng)過(guò)程是十分重要的。另外，保證催化劑與多硫物種之間的較大接觸面積和保證反應(yīng)中的電子和離子傳輸也是十分重要的。
然而，現(xiàn)有的催化劑雖然能有效提高該蓄電池的性能，但是由于是單向催化劑，所以會(huì)導(dǎo)致死硫的形成。
為此，湘潭大學(xué)研究者研究出了一種雙向催化劑——NiMoO4@NSCC，其既能加速多硫化物在放電過(guò)程中的還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，又能提高Li2S在充電過(guò)程中的溶解和進(jìn)一步氧化能力。
研究表明，NiMoO4由于嵌入了Mo原子而具有較強(qiáng)的金屬性能，可以有效吸附多硫化物，減緩穿梭效應(yīng)；NiMoO4顯著的提高了鋰硫電池決速步，降低了Li2S的分解勢(shì)壘；NiMoO4延長(zhǎng)了Li2S4的S-S鍵鍵長(zhǎng)和Li2S的Li-S鍵鍵長(zhǎng)，進(jìn)而促進(jìn)了充放電的過(guò)程中硫物種的氧化與還原。而具有機(jī)械柔性空間和豐富活性位點(diǎn)的開(kāi)放互聯(lián)的三維分層導(dǎo)電NiMoO4@NSCC不僅能容納硫物種，還能促進(jìn)電子/離子的快速轉(zhuǎn)移，同時(shí)加速氧化和還原過(guò)程。因此，NiMoO4@NSCC/S電極具有良好的長(zhǎng)周期循環(huán)穩(wěn)定性。
圖2 (a) NiMoO4的電子態(tài)密度；(b) 硫物種與催化劑之間的結(jié)合能；(c) Li2S在NiO和NiMoO4上的分解勢(shì)壘；(d) 分步歧化產(chǎn)物S8*、Li2S8*、Li2S6*、Li2S4*、Li2S2*、Li2S*在S轉(zhuǎn)化反應(yīng)中的自由能計(jì)算；(e) NiO和NiMoO4表面Li2S的S-S鍵長(zhǎng)和Li-S鍵長(zhǎng)
