日本材料科学研究所–基于Nb3O8/石墨烯超晶格异质结构的三合一阴极主体用于高性能Li–S电池

目前Li–S电池的发展遭受各种棘手的挑战，主要问题有：“穿梭效应”，多硫化锂转化的动力学缓慢，以及Li2S的不均匀成核。在这项研究中，基于二维（2D）材料的超晶格，设计了一种三合一的阴极主体，旨在解决这三个问题。交替堆放的Nb3O8纳米片具有路易斯酸表面，而具有高电导率的还原氧化石墨烯（rGO）产生了独特的超晶格结构，不回会自我堆叠，从而最大程度地提高了每个组分的固有优势，达到最佳的协同效应。Nb3O8/rGO超晶格阴极主体具有高亲和力，出色的催化活性，丰富的活性位点，高导电性等特点，有效地限制了多硫化锂，并降低其转化及Li2S成核时的过电位。高性能锂硫电池在0.1C时初始容量达到为1529 mA h g-1，缓慢的容量衰减仅为0.064％。这项工作提供了一种异质组装二维纳米片阴极主体的新策略，为先进锂硫电池打开了广阔的前景。

Figure 1.（a）制备超晶格Nb3O8/rGO阴极的示意图，和（b）超晶格Nb3O8/rGO在锂硫电池应用中的优点。

Figure 2. （a）单层Nb3O8和（b）PDDA修饰的rGO纳米片的AFM图像和高度情况;（c）不同样品的XRD图比较; （d）S-Nb3O8/rGO的TEM图像和（e）SAED模式。

Figure 3（a）不同样品的XRD图比较;（b）S@R-Nb3O8/rGO和S@S-Nb3O8/rGO的示意图;（c-f）不同样品的拉曼光谱比较。

Figure 4（a）0.1 mV s-1扫速下的CV曲线，（b）EIS曲线，（c）0.1C恒电流时的充电/放电曲线，（d）速率性能和（e）基于不同阴极的Li–S电池在1C电流时的循环性能比较。

该研究工作由日本材料科学研究所（NIMS）Takayoshi Sasaki课题组于2021年发表在Journal of Materials Chemistry A期刊上。原文：Three-in-one cathode host based on Nb3O8/graphene superlattice heterostructures for highperformance Li–S batteries。