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图1. a)三电极测试装置示意图; 电极经过三电极测试循环后的照片b)CNTs/Gra/Al3Ni2和c)CNTs/Gra;d)LiPSs溶液以及经过三电极测试后的CNTs/Gra/Al3Ni2和CNTs/Gra电极溶液的紫外曲线。
图2. a, b)CNTs/Gra/Al3Ni2电极在经过10圈的三电极测试后(CNTs/Gra/Al3Ni2-10cyc)的低倍和高倍SEM图; c)CNTs/Gra/Al3Ni2-10cyc电极的TEM图;d)CNTs/Gra/Al3Ni2-10cyc电极的STEM图和对应的元素扫描图。
图3. a)CNTs/Gra-S-Al3Ni2电极前四圈CV曲线图;b)三种电极的第二圈CV曲线对比图;c)CNTs/Gra-S-Al3Ni2电极中不同Al3Ni2含量的电极倍率对比图; d)CNTs/Gra-S-Al3Ni2、CNTs–S、CNTs/Gra-S电极在载硫面密度为0.8mg/cm^2时的倍率性能对比图;e)CNTs/Gra-S-Al3Ni2电极在不同倍率下的充放电平台曲线图; f) CNTs/Gra-S-Al3Ni2、CNTs–S、CNTs/Gra-S电极在0.2 C 下的充放电平台对比图。
图4. a)三种电池的电化学阻抗对比图;b)CNTs/Gra-S-Al3Ni2 和c)CNTs/Gra-S电极的电化学阻抗拟合前后对比图以及相应的电路图;d)CNTs/Gra-S-Al3Ni2 e) CNTs/Gra-S和f) CNTs-S电极在1 C下循环前后的阻抗对比图。
图5. a)CNTs-S、CNTs/Gra-S 、CNTs/Gra-S-Al3Ni2电极在1 C下的长循环稳定性对比图;b)CNTs/Gra-S-Al3Ni2电极在载硫面密度为3.30mg/cm^2,电流密度为2.76mA/cm^2时的循环性能图;c)串联的三个CNT/Gra-S-Al3Ni2电池的数码照片可以点亮2835个LED模块(额定电压12 V和额定功率3 W)的51个绿色指示灯。
图6. H型电解池CV测试示意图:a)CNTs/Gra/Al3Ni2和b)CNTs/Gra电极测试前和循环150圈后的电解液变化对比图。
【总结与展望】
研究人员成功地设计和制造了具有3D网络结构的CNTs/Gra-S-Al3Ni2正极,并且该正极显示出优异的循环稳定性和高容量保留率。电池在1C下循环800圈后仍然保持着496mAh/g的可逆容量以及0.055%的超低容量衰减率。同时,正极载硫量为3.30mg/cm^2时,在较高电流密度(2.86 mA/cm^2)下经过200次循环后,显示出高的可逆面容量2.05mAh/cm^2(622mAh/g),以及高达85.9%的容量保持率。 H型模拟电解池试验证实了Al3Ni2加快多硫化锂转换反应的能力,从而抑制了电池运行过程中的穿梭效应。这种CNTs/Gra-S-Al3Ni2正极的优异性能归因于其3D网络结构和Al3Ni2的引入,Al3Ni2为快速电子和离子转移提供了高效通道,尤其是沿着正极平面的垂直方向。用Al3Ni2获得的这些令人鼓舞的结果展现了开发高能量密度和长循环寿命锂硫电池的可能性。
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