硫碘石墨烯复合材料作为锂硫电池正极材料

锂硫电池（LSB）因其高比容量、能量密度和低成本而成为最有前途的储能设备之一。然而，由于放电产物的低电导率，氧化还原反应迟缓是仍然阻碍其应用的主要挑战。在Xiaomei Xu等人的工作中^[1]，通过一种简单的原位化学反应方法，将碘引入硫/石墨烯复合材料中，形成用于LSB的硫/碘/石墨烯（S/I₂/G）复合阴极材料。我们在S/C复合材料中引入I₂，在室温下通过简单的原位化学反应制备了具有不同I₂比例的硫/碘/石墨烯（S/I₂/G）复合材料。其实验主要设计思路如图1所示。

图1 S/I2/G复合材料的合成过程示意图[1]

如图1所示，通过两步法制备了S/I2/G复合材料。在反应1的基础上，首次通过在高温下用G还原Na2SO4合成了Na2S/G。然后将获得的Na2S/G加入到NaIO3和HCl的混合物中，在室温下通过氧化还原反应2产生S/I2/G的产物。根据反应3，制备了不同硫碘比的S/I2/G复合材料。

图2 电化学性能测试[1]

具有不同比率的S/I2\/G阴极在100 mA G^-1和200 mA G^-1下进行100次循环的循环性能如图2所示。很明显，不同的I2含量会影响S/I2/G的性能，其中S:I2=1:0.1阴极的LSB具有最好的循环稳定性。当S/I2负载量为3.0 mg cm^-2时，S:I2=1:0.1阴极的初始容量在200 mA g^-1时达到1003.4 mAh g^-1。在100次循环后，S:I2=1:0.1阴极的放电容量仍然提供615.0 mAh g，而S:I2=1∶0、S:I2=1.0.5和S:I2＝1:1阴极分别仅保留444.1、566.8和426.9 mAh g^–1。

优化后的S:I2=1:0.1复合材料具有3.0 mg cm^-2的活性负载，显示出低过电位，并在200 mA g^-1下100次循环后提供615.0 mAh g的放电容量。即使在6.0 mg cm^-2的高S/I2负载下，它在500次循环中仍表现出显著的循环稳定性和高CE。这项工作可能为开发LSB的高负载复合电极提供一种简单的策略。

在循环过程中，产生的中间体I·自由基可以诱导低聚物形成Li可渗透的保护层，该保护层附着在阴极表面，可以有效抑制多硫化物的扩散损失。此外，引入的I₂可以促进Li₂S/Li₂S₂氧化为Li₂S_n（n=4–8），从而减少Li₂S/Li_NS₂在电极表面的沉积，降低过电位，提高活性材料的利用率。与不含碘的材料相比，优化的S/I₂/G阴极（S:I2=1:0.1）材料具有更好的电化学性能。即使在6.0 mg cm的高质量负载下，阴极在500次循环中仍显示出0.13%的低容量衰减率和97.9%的高库仑效率。这项工作可以为开发LSB高负载阴极提供一个可行的设计方案。

[1] Xiaomei Xu et al 2020 J. Electrochem. Soc. 167 080521.

科学指南针已获得检验检测机构资质认定证书（CMA）、实验动物使用许可证、“ISO三体系认证”等专业认证，并荣获国家高新技术企业、国家“互联网+科研服务领军企业等多项荣誉。未来，科学指南针将继续朝着“世界级科研服务机构”的目标，在产品研发和用户服务等方面持续努力，为科学发展和技术创新做出更大贡献。

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。