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图1. 高体积和重量能量密度的嵌入-转化混合正极的设计思路(嵌入式电极材料:Mo6S8, 转化型电极材料:S8)。
图2. 嵌入-转化混合正极HMSC(活性物质Mo6S8+S8含量85%,导电碳含量10%) 与C-S8复合电极对比示意图和真实电极SEM图片。注:负载量12.3 mg/cm2的HMSC电极厚度为121 μm远远低于负载量只有6.2 mg/cm2的C-S复合电极,因此使得该类电极材料在电极级别上重量和体积能量密度占据绝对优势。
图3. 嵌锂LixMo6S8与中间产物多硫离子Li2S4相互作用机理研究。(a) 循环伏安曲线;(b) 多硫离子吸附实验;(c) 原位XRD 表征;(d) DFT 多硫离子吸附能计算;(e) Mo6S8嵌锂前后对多硫离子吸附能的变化。注:实验和理论计算表明嵌锂后的LixMo6S8较未嵌锂的Mo6S8在对多硫离子的吸附性能上有明显提高。
图4. Mo6S8在HMSC电极中的作用机理。注:步骤 I: 在硫还原之前预嵌锂(> 2.4 V); 步骤 II: 嵌锂后的LixMo6S8具有双功能: I) 吸附多硫离子从而抑制多硫离子穿梭效应和II) 提供电子和离子导电网络从而起到替代碳的作用。
图5. HMSC型扣式电池性能 (HMSC: 6.2 mg cm-2S8+ 6.1 mg cm-2Mo6S8, 电解液活性物质比:2.4 μL mg?1)。(a) 充放电曲线 (b) 倍率性能 (c) 循环寿命和库伦效率。
图6. HMSC型锂硫全电池性能。(a) 锂硫扣式电池 (6.9 mg cm-2S + 6.8 mg cm-2Mo6S8,电解液活性物质比~1.5 μL mg?1);(b) 锂硫软包全电池(电解液活性物质比~1.2 μL mg-1,~2倍金属锂过量);(c) 锂硫电池全电池能量密度对比图。注:图c为扣式电池实验参数推算的能量密度和安时级软包全电池的真实能量密度。
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