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基于转化反应的黄铁矿型FeS2具有环境友好、价格

来源:原创    时间:2019-09-10 04:27    浏览量:186 

根据转化反响的黄铁矿型FeS2具有环境友好、价格低廉以及理论比容量高(890mAg-1)等长处。
在锂电池中,FeS2在充放电进程中会发作如下反响:显着,在初次循环之后,Li-FeS2电池将变成Li-FeSy及Li-S电池。
因为多硫化物的络绎效应、活性物质在转化反响进程中的体积改变以及电绝缘性生成产品Li2S/S的较差反响动力学,导致FeS2在根据有机溶剂的液态电解液中表现出较差的电化学功能。
为此,研究人员经过调整电解液的组分以下降多硫化物的络绎效应,但多硫化物的络绎效应只能在必定程度上得到缓解。
选用固体电解质能完全避免多硫化物的络绎,但在固态电池中活性物质的体积改变对电池功能的影响比液态电池更为显着。
常用的处理手法是制备FeS2与导电资料的复合物,一起到达缓解循环进程中体积改变和进步反响动力学的效果。
但导电资料不会对电池的容量有贡献,然后下降电池质量能量密度。
  针对以上问题,中国科学院宁波资料技能与工程研究所所属新能源所姚霞银研究员团队与陈亮研究员团队协作,经过第一性原理核算与试验相结合的办法,立异性地在FeS2中引进具有催化效果的过渡金属,到达了在不献身电池质量能量密度的前提下,进步FeS2在全固态锂电池中的反响动力学的意图。
经过比照不同过渡金属(Cu、Co和Ni)对FeS2描摹及电化学功能的影响,筛选出Co对FeS2功能具有最优化效果(图1)。
而且所得到的Co0.1Fe0.9S2具有最小的颗粒尺度,这有利于进步资料的比表面积,缓解循环进程中的体积改变以及减小电化学反响进程中Li+的传输途径。
电化学测验成果表明,是电化学反响中的决速步骤,而Co的参加,对该反响有显着的促进效果,使根据FeS2的全固态电池在500mAg-1电流密度下循环100圈后,可逆容量从197.1mAhg-1进步到543.5mAhg-1,该进步效果显着优于过渡金属Cu和Ni。
研究人员进一步地经过密度泛函理论核算的办法确认了Co掺杂后决速步能垒从2.09eV下降至1.86eV。
DOS成果也显现,因为d轨迹填充效果,多一个d电子的Co使得费米能级邻近态密度进步,然后进步了电化学活性(图2)。
相关作业发表于ACS Nano, 2019, 13, 9551-9560,该作业得到了国家重点研制方案(2018YFB0905400)、国家自然科学基金面上项目(51872303)、中国科学院青年立异促进会(2017342)等项意图赞助。
图1 Co对FeS2催化效果示意图图2 (a) Li1.25Co0.125Fe0.875S2的结构图, (b) Li1.25FeS2和 Li1.25Co0.125Fe0.875S2的电子态密度图

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