安徽师范大学《ACS AEM》：新型甜甜圈状石墨烯量子点修饰复合材料，用于高性能锂硫电池

高性能锂硫电池的新兴材料具有重要意义。锂离子电池由于成本低、循环寿命长、效率高而得到广泛应用；然而，石墨负极的低容量、较差的能量密度和锂枝晶的形成严重限制了它们的发展。最近，高理论能量密度使锂硫（Li-S）电池成为相当有吸引力的储能系统候选者。

本文，安徽师范大学刘金云教授课题组在《ACS Appl. Energy Mater》期刊发表名为“Novel Doughnutlike Graphene Quantum Dot-Decorated Composites for High-Performance Li–S Batteries Displaying Dual Immobilization Toward Polysulfides”的论文，研究开发了一种甜甜圈状的石墨烯量子点 (GQD)/Fe2O3@S@SnO2复合材料，用于锂硫电池。

将GQDs限制在蛋黄-壳结构内，可以缩短电子和离子传输的途径，提高硫的利用率并实现储能性能。Fe2O3核和SnO2壳均显示出与Li2S4、Li2S6和Li2S8 的强结合，这通过使用密度泛函理论计算得到验证。甜甜圈状GQD/Fe2O3@S@SnO2的锂硫电池在循环100次后显示出923mAhg–1的容量、约100%的库仑效率和重复测量后的可恢复倍率性能。构建的电池在45°C的高温下具有良好的耐受性。这些发现将使甜甜圈状蛋黄-壳设计能够广泛应用于开发其他新兴的高性能材料及其二次电池。

图1. 甜甜圈状GQD/Fe 2 O 3 @ S@SnO 2复合材料的制备示意图；SEM 图像，TEM 和 (h) HRTEM 图像.

图2. GQD/Fe2O3@S@SnO2的(a) XRD图、(b)XPS 测量光谱和(c)TGA曲线。

图3. (a) GQD/Fe2O3@S@SnO2在0.2C下的充放电曲线。(b)CV曲线。

(c) 不同样品的循环性能。

(d)(e)在0.5C时GQD/Fe2O3@S@SnO2的容量倍率性能。

(f)在45°C温度下循环GQD/Fe2O3@S@SnO2的容量和库仑效率。

(g) 在0.4C下循环Fe2O3@S@SnO2和GQD/Fe2O3@S@SnO2的循环性能。

图4. 与不同多硫化物结合前后的计算模型，相应的吸附能

总之，一种新型甜甜圈状 GQD/Fe 2 O 3 @ S@SnO 2蛋黄-壳复合材料被用作锂硫电池正极，预计本研究呈现的特殊甜甜圈状蛋黄-壳结构和高储能性能将在储能方面得到重要应用。

文献：https://doi.org/10.1021/acsaem.1c01943

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