Zweidimensionaler CeO2/RGO Composite-modifizierter Separator für Lithium/Schwefel-Batterien

Hintergrund

Hochleistungs-Akkus werden derzeit entwickelt, um die dringenden Anforderungen von Anwendungsgeräten mit hoher spezifischer Kapazität und überlegener Energiedichte zu erfüllen. Li/S-Batterien gelten aufgrund ihrer hervorragenden theoretischen Kapazität (1672 mAh g ⁻¹ .) weithin als vielversprechende Energiespeicher für Stromnetze und elektrische Geräte ) und herausragende Energiedichte (2600 Wh kg ⁻¹ ) [1, 2]. Trotz ihrer zahlreichen Vorteile sind jedoch noch einige Haupthindernisse zu überwinden, die der praktischen kommerziellen Verwendung von Li/S-Batterien im Wege stehen. Erstens die isolierende Natur des aktiven Materials (S₈ ) und seine Entladungsprodukte (Li₂ S₂ /Li₂ S) kann eine schlechte elektrochemische Zugänglichkeit verursachen und die Nutzung von Aktivmaterialien verringern [3, 4]. Zweitens neigen Polysulfide dazu, sich nach zahlreichen Lade-/Entladeprozessen in organischen Elektrolyten aufzulösen und leicht über den Separator zu diffundieren, um schließlich zu Li₂ . reduziert zu werden S₂ oder Li₂ S Feststoffe an der Oberfläche der Gegenelektrode. Dies führt zu einer geringen Coulomb-Effizienz und einer schlechten Zyklenlebensdauer von Li/S-Batterien [5, 6].

Es wurden enorme Anstrengungen unternommen, um die Leitfähigkeit zu verbessern und das Pendeln von Polysulfiden zu bewältigen. Dazu gehören die Modifikation von Schwefelkathoden durch Einschluss von mehr Schwefel in poröse leitfähige Gerüste [7], die Implementierung einer funktionellen Zwischenschicht zwischen Kathode und Separator als Polysulfid-Wirt [8, 9] und die Optimierung organischer Elektrolyte [10]. Neuere Studien haben jedoch gezeigt, dass die Diffusion von Polysulfiden schwer vollständig zu überwinden ist. Vor diesem Hintergrund haben die neu entwickelten Methoden zur Leistungssteigerung von Li/S-Batterien durch Modifikation des Separators zunehmende Beachtung gefunden. Als Beschichtungen für den Separator oder als freistehende Zwischenschichten wurden beispielsweise Materialien wie funktioneller Kohlenstoff [11], Graphen [12], Aktivkohle [13], Polypyrrol [14] und verschiedene Metalloxide [15] verwendet. Diese funktionellen Komponenten würden die Wanderung von schwefelverwandten Spezies zur Anode hemmen und die elektrische Leitfähigkeit der Kathoden verbessern. Studien haben gezeigt, dass eine reduzierte Graphenoxid (RGO)-Zwischenschicht den Ladungsübertragungswiderstand (R _CT ) von Schwefelkathoden, während sie als oberer Stromkollektor wirken [16]. Letzteres hängt mit der verbesserten Ausnutzung von Schwefel zusammen. Auf der anderen Seite Metalloxide wie Al₂ O₃ [17], MgO [18], NiFe₂ O₄ [19] und SiO₂ [20] kann Polysulfide durch Einführung starker chemischer Bindungen absorbieren. Die hinzugefügte Zwischenschicht kann jedoch die Gesamtmasse der Zelle erhöhen, was zu einer verringerten Energiedichte führt.

In Anbetracht des komplexen Herstellungsprozesses der selbststehenden Zwischenschicht wurden in dieser Studie einfache und leichte Beschichtungsverfahren verwendet. Wie in Abb. 1a gezeigt, CeO₂ /RGO-Komposit wurde unter Verwendung einer einfachen Polymerpyrolyse gefolgt von einer hydrothermalen Technik hergestellt. Das erhaltene Material zeigte eine einzigartige zweidimensionale (2D) Struktur mit einheitlichem CeO₂ Nanopartikel, die auf RGO-Platten verankert sind. Die CeO₂ Der /RGO-Verbundstoff wurde dann auf den traditionellen kommerziellen Separator (Celgard 2400) aufgetragen und die Li/S-Batterie mit dem modifizierten Separator zusammengebaut. Die schematischen Diagramme in Abb. 1b, c zeigen, dass das 2D-CeO₂ /RGO-Komposit hemmte nicht nur effizient den „Shuttle-Effekt“ durch starke Wechselwirkungen zwischen CeO₂ und Polysulfide, aber auch eine verbesserte Ausnutzung der aktiven Materialien aufgrund des schnellen Elektronentransports von RGO.

Eine schematische Darstellung des Herstellungsprozesses von CeO₂ /RGO-Komposit (a ). Schema der Zellkonfiguration mit normalem Separator (oben) und CeO₂ /RGO kompositbeschichteter Separator (unten) (b ). Der Wirkungsmechanismus von CeO₂ /RGO kompositbeschichteter Separator (c )

Methoden

Materialien und Reagenzien

Graphenoxid wurde von The Sixth Element (Changzhou) Materials Technology Company bezogen; Ce(NO₃ )₃ ·6H₂ O, Acrylsäure und Ethanol wurden von Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. (Shanghai, China) bezogen; Polyvinylidenfluorid (PVDF) wurde von Kynar, HSV900, bezogen; N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) und Pyrrol (Py) wurden von Tianjin Guangfu Chemical Reagent erhalten; wässrige Nanoschwefelsuspension wurde von Alfa Chemistry (US Nanomaterials 10 wt%) bezogen, Lithiumtrifluormethansulfonimid (LiTFSI), 1,3-Dioxolan (DOL) und 1,2-Dimethoxyethan (DME) wurden von Sigma-Aldrich (Hongkong) bezogen , China); Super-P, normaler Separator (Celgard 2400), Al-Folie und Lithium-Mentalanodenfolie wurden von der Batterieverkaufsabteilung von Li Zhi Yuan gekauft. Sofern nicht anders angegeben, waren alle Regenerate von analytischer Qualität und wurden ohne weitere Reinigung verwendet.

Vorbereitung von CeO₂ /RGO zusammengesetzter und modifizierter Separator

Nanoskaliges CeO₂ wurde mit einer angepassten Polymerpyrolysetechnik synthetisiert [21]. Erstens Ce(NO₃ )₃ ·6H₂ O und Acrylsäure (C₃ H₄ O₂ ) wurden in stöchiometrischen Mengen in 50 ml entionisiertem (DI) Wasser unter konstantem magnetischem Rühren bei 40 °C gelöst, um die Polymerisation zu erleichtern. Die Mischung wurde dann gerührt, bis die Vorläuferlösung trocken wurde. Das erhaltene Produkt wurde in einen Ofen überführt und 2,5 h bei 200 °C in einer Luftatmosphäre kalziniert, um ein Polyacrylatsalz zu ergeben. Die CeO₂ Nanopartikel wurden schließlich durch Calcinieren des Polyacrylatsalzes bei 600 °C für 3 Stunden gebildet.

Eine einfache hydrothermale Technik wurde zur Herstellung von CeO₂ . verwendet /RGO-Verbund. Typischerweise wurden 4 g Graphenoxid in DI-Wasser dispergiert, um 40 ml Graphenoxid-Dispersion zu bilden. Nach 1 h Ultraschallbehandlung 0,1 g des wie zubereiteten CeO₂ Nanopartikel wurden der Suspension zugesetzt. Als nächstes wurde die Mischung 2 h lang gerührt, um die Selbstorganisation der funktionellen Gruppen zu fördern. Anschließend wurde die Mischung in einen Autoklaven überführt und 4 h auf 140 °C erhitzt. Nach dem Trocknen über Nacht bei 60 °C wird das CeO₂ /RGO-Komposit wurde schließlich erhalten.

Die CeO₂ /RGO-Verbundstoff-modifizierter Separator wurde durch Auftragen des so hergestellten Verbundmaterials auf die Oberfläche eines normalen Separators hergestellt. In der Regel 90 Gew. % des wie zubereiteten CeO₂ /RGO-Verbundstoff und 10 Gew.-% PVDF in NMP wurden gemischt, um eine Aufschlämmung zu bilden. Nach 40 Minuten Erdung wurde die Aufschlämmung mit einem 10 mm hohen Streuer auf einen normalen Separator aufgetragen. Schließlich wurde der beschichtete Separator 6 h lang bei 60 °C in einem Ofen getrocknet.

Elektrodenvorbereitung und Batteriemontage

Der Herstellungsprozess des Schwefelkomposits wurde in unserer früheren Arbeit [22] beschrieben, die gut dispergierten Schwefel herstellte, der auf einem vernetzten Polypyrrol-Nanofasernetzwerk verankert wurde, indem PPy und wässrige Nanoschwefelsuspension über ein einfaches Kugelmahlen, gefolgt von einer Niedertemperatur Wärmebehandlung. Die Schwefelkathode wurde durch Mischen von 80 Gew.-% Schwefelverbundstoff, 10 Gew.-% leitfähigem Super-P und 10 Gew.-% PVDF-Bindemittel in NMP hergestellt und dann auf eine Aluminiumfolie mit einer Schwefelverbundstoffbeladung von etwa 2,0 mg cm ^{-2 . Anschließend wurde die beschichtete Folie 6 h bei 60 °C im Vakuum getrocknet. Die Knopfzellen CR 2032 wurden aus folgenden Komponenten zusammengesetzt:Schwefelkathode, CeO₂ /RGO-Verbundstoff-modifizierter Separator, Li-Metallfolienanode und Elektrolyt mit 1,0 M LiTFSI mit 0,1 M LiNO₃ in gemischtem Dioxolan (DOL) und Dimethoxyethan (DME) (1:1, bezogen auf das Volumen). Die Elektrolytmenge beträgt etwa 30 μl.}

Charakterisierung

Die Morphologien und Strukturen der Proben wurden durch Rasterelektronenmikroskopie (REM, NovaNano SEM450, FEI) bzw. Transmissionselektronenmikroskopie (TEM, JEM2010F) beobachtet. Die Phasenzusammensetzung von CeO₂ /RGO-Komposit wurde durch Röntgenbeugung (XRD, Vinci, AXS) mit Cu Kα-Strahlung erhalten. Die auf den Proben vorhandenen funktionellen Oberflächengruppen wurden durch Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS, ESCALAB250Xi) identifiziert. Die Raman-Spektren wurden mit Raman-Spektroskopie (LabRAM HR Evolution, HORIBA) gemessen. Die spezifische Oberfläche wurde mit den Methoden Brunaner-Emmet-Teller (BET) und Barret-Joyner-Halenda (BJH) bei 77 K (Autosorb iQ, Quantachrome Corporation) untersucht. Die Batterien wurden auf einem Batterietestsystem (BTS-5 V 20 mA, Shenzhen Neware) von 1,5 bis 3,0 V bei 0,1 C entladen und geladen. Die elektrochemischen Impedanzspektren wurden an einer elektrochemischen Workstation (CH1600E) über den Frequenzbereich von 0,01 . aufgenommen –1 MHz.

Ergebnisse und Diskussion

Pulver-XRD wurde verwendet, um die Phasenzusammensetzung des so hergestellten CeO₂ . zu identifizieren /RGO-Verbund. Das XRD-Muster von GO zeigte einen charakteristischen Peak bei 2θ = 11,5° (Abb. 2a), die der (001)-Ebene zugeordnet werden kann. Nach dem hydrothermalen Prozess hatte ein breiterer Peak bei 25° in Verbindung mit der (002)-Ebene des Kohlenstoffs den typischen Peak von GO ersetzt, was die erfolgreiche Reduktion von GO bestätigte. Beugungspeaks bei 2θ = 28,5°, 33,0°, 47,5°, 56,3°, 59,0°, 69,4°, 76,7°, 79,0° bzw. 88,4° entsprechend (111), (200), (220), (311), (222 .) ), (400), (331), (420) und (422) kristalline Gitterebenen von CeO₂ wurden alle erkannt. Diese Peaks stimmten gut mit der kubischen Struktur CeO₂ . überein (JCPDS 65-2975), und die leicht verbreiterten Merkmale wurden der Nanogröße von CeO₂ . zugeschrieben Partikel. Im XRD-Muster von CeO₂ /RGO-Komposit, beides charakteristische Peaks von GO und CeO₂ wurden beobachtet, was darauf hindeutet, dass die so hergestellte Probe aus hochreinem RGO und CeO₂ . bestand Phasen.

XRD-Muster der Proben (a ). Raman-Spektren von CeO₂ /RGO zusammengesetzt und RGO (b ). N₂ Adsorptions-Desorptions-Isotherme von CeO₂ /RGO-Komposit (c ). Porengrößenverteilung von CeO₂ /RGO-Komposit (d )

Raman-Spektroskopie wurde durchgeführt, um den Unordnungsgrad der Kohlenstoffmaterialien durch Berechnung des Intensitätsverhältnisses der D-Bande zur G-Bande (I_D /I_G ). Wie in Abb. 2b gezeigt, sind die Werte von I _D /Ich _G wurden für RGO und CeO₂ . auf 0,874 und 0,915 geschätzt /RGO-Komposit bzw. Die erhöhten Werte legten die Verankerung von CeO₂ . nahe Nanopartikel auf RGO-Platten. Der scharfe Peak bei 455 cm ⁻¹ wurde mit kristallinem CeO₂ . in Verbindung gebracht . Außerdem wurde kein deutlicher Störpeak beobachtet, was die erfolgreiche und effiziente Synthese von hochreinem CeO₂ . bestätigt /RGO-Komposit.

Die Ergebnisse der Untersuchung der spezifischen Oberfläche und der Porengrößenverteilung von CeO₂ . wie hergestellt /RGO-Komposit sind in Abb. 2c bzw. d gezeigt. Die N₂ Adsorptions-/Desorptionsisotherme von CeO₂ /RGO-Komposit zeigt eine große BET-spezifische Oberfläche von 59,62 m ² g ⁻¹ mit einem Porenvolumen von 0,1331 cm ³ g ⁻¹ und die durchschnittliche Porengröße von 9,213 nm. Die Ergebnisse zeigen das poröse CeO₂ /RGO-Komposit würde der Infiltration von Elektrolyten und dem Transport von Elektronen zugute kommen.

Repräsentative Mikromorphologien von RGO, CeO₂ , und CeO₂ /RGO-Komposit sind in Abb. 3a–d dargestellt. Reine RGO-Platten zeigten neu gestapelte Strukturen, die unter einer Verringerung der spezifischen Oberfläche litten. Reines CeO₂ Partikel besaßen einheitliche Nanogrößen, neigten jedoch zur Agglomeration. Glücklicherweise ist die Rekombination von CeO₂ und RGO durch Polymerpyrolyse und hydrothermale Methoden führten zu einer einzigartigen 2D-Struktur mit CeO₂ Nanopartikel gut dispergiert auf RGO-Platten. Die Agglomeration beider RGO-Schichten und CeO₂ Partikel wurden effizient gehemmt.

REM-Bilder von reinem RGO (a ), CeO₂ (b ) und CeO₂ /RGO-Komposit (c ). TEM-Bild mit geringer Vergrößerung von CeO₂ /RGO-Komposit (d ). HRTEM-Bild für CeO₂ /RGO-Komposit (e ). SAED-Muster von CeO₂ /RGO-Komposit (f ). REM-Aufnahme des oberen Abschnitts eines kommerziellen Separators (g ) und modifiziertes Trennzeichen (h ). SEM-Querschnittsbild des modifizierten Separators (eingesetzt bei (h ))

Ein hochauflösendes TEM-Bild des ausgewählten Bereichs in Fig. 3d ist in Fig. 3e veranschaulicht. Der Gitterabstand von CeO₂ Partikel wurde auf 0,2705 nm geschätzt, was gut mit dem theoretischen d-Abstand von kubischem CeO₂ . übereinstimmt (200) Flugzeug. Das SAED-Muster (Abb. 3f) zeigte homogene Beugungsringe, was die polykristallinen Merkmale des so hergestellten CeO₂ . bestätigt /RGO-Verbund. Der kommerzielle Separator (Celgard 2400) zeigte eine glatte Oberfläche mit zahlreichen Poren von mehreren Mikrometern Größe (Abb. 3g), während die Größen der Polysulfide (1–1,8 nm) zu klein waren, um von der Membran behindert zu werden. Im Gegensatz dazu waren die Löcher des makellosen Separators vollständig von CeO₂ . bedeckt /RGO-Komposit mit einer Dicke von etwa 15 μm (Abb. 3h) sowie dessen Einsatz, dessen raue Oberfläche die Infiltration von Elektrolyt und den Transport von Elektronen fördern würde. Darüber hinaus ist das beschichtete CeO₂ /RGO-Verbundstoff kann als Barriere dienen, um die Migration von Polysulfiden sowohl physikalisch als auch chemisch zu blockieren.

Lade-/Entladespannungs-Kapazitäts-Profile der mit CeO₂ . bestückten Zelle /RGO-Verbundstoff-modifizierter Separator bei 0,1 C nach verschiedenen Zyklen sind in Abb. 4a dargestellt. Das erste Entladungsplateau wurde mit den Oxidationsprozessen von S₈ . in Verbindung gebracht zu Li₂ S_n (4 ≤ n ≤ 8), und das untere Plateau entsprach Reduktionsprozessen von Polysulfiden höherer Ordnung zu Li₂ S/Li₂ S₂ [23]. Stabile elektrochemische Leistungen wurden offensichtlich durch die engen Koinzidenzkurven bestätigt. Die mit CeO₂ . zusammengesetzten Zellen Der /RGO-Verbundstoff-beschichtete Separator zeigte selbst nach 100 Zyklen überlappende obere Entladungsplateaus, was zeigt, dass die modifizierte Zelle äußerst vorteilhaft für die Polysulfid-Inhibierung und die elektrochemische Stabilität war. Im Vergleich dazu zeigten die Zellen mit normalem Separator kürzere obere Entladungsplateaus bei gleichzeitig erhöhten Zyklen. Außerdem ist die Polarisation (∆E) der Zellen mit CeO₂ /RGO kompositbeschichteter Separator (0,224) sah kleiner aus als diejenigen, die mit normalem Separator (0,238) zusammengebaut wurden. Letzteres würde eine schnelle Redoxreaktionskinetik und eine hohe Systemreversibilität nahelegen [24, 25].

Entsprechende Lade-/Entladespannungs-Kapazitäts-Profile von Zellen, die mit CeO₂ . bestückt sind /RGO kompositbeschichteter Separator (a ) und makelloses Trennzeichen (b )

Die Zyklenleistung von Zellen, die mit und ohne CeO₂ zusammengebaut wurden /RGO-Verbundstoff-modifizierter Separator bei 0,1 C und 1 C sind zusammengestellt. Abb. 5. Bei einer aktuellen Rate von 0,1 C erreichte die modifizierte Batterie eine hohe Kapazität von 1136 mAh g ⁻¹ nach dem ersten Zyklus und behielt eine Kapazität von 886 mAh g ⁻¹ . bei nach 100 Zyklen mit hoher Coulomb-Effizienz während der gesamten Prozesse. Diese Werte waren denen der Zelle mit normalem Separator (992 mAh g ⁻¹ .) überlegen und 501 mAh g ⁻¹ ), was auf die Schlüsselrolle des funktionalen Separators hindeutet. Wenn die Stromrate auf 1 C erhöht wird, können die modifizierten Zellen außerdem eine hervorragende Anfangskapazität von 917 mAh g ⁻¹ . liefern und behielt während der gesamten Prozesse 72,9% seiner anfänglichen Kapazität sowie einen hohen Coulomb-Wirkungsgrad bei. Die gut durchdachte Struktur würde nicht nur einen besseren Elektronentransport ermöglichen, sondern auch zu einer überlegenen elektrischen Leitfähigkeit von RGO beitragen. Auch das Pendeln von Polysulfiden könnte durch die starke chemische Bindung zwischen CeO₂ . effizient behindert werden und schwefelverwandte Spezies.

Zyklenleistung und Coulomb-Effizienz von Zellen mit und ohne CeO₂ /RGO kompositbeschichteter Separator

Die Nyquist-Plots der Zellen mit und ohne CeO₂ /RGO-Verbundstoff-modifizierte Separatoren wurden zuerst erhalten und dann mit einem Ersatzschaltbildmodell ausgestattet. Wie in Fig. 6 gezeigt, wiesen beide Zellen einen vertieften Halbkreis im Hochfrequenzbereich und eine geneigte Linie bei niedrigen Frequenzen auf. Diese würden dem Ladungsübergangswiderstand (R _CT ) für Schwefelkathode und Li-Ionen-Diffusion bzw. die sogenannte Warburg-Impedanz [26, 27]. Der kleinere Halbkreis repräsentiert moderate R _CT Wert der modifizierten Zelle, der hauptsächlich auf das effizient unterdrückte Pendeln von Polysulfiden durch CeO₂ . zurückgeführt wird Nanopartikel und überlegener Elektronentransport von RGO. Darüber hinaus ist das CeO₂ /RGO-Komposit würde den elektrochemischen Kontakt verbessern und die Nutzung aktiver Materialien maximieren. Die größere Steigung der Warburg-Impedanz in modifizierten Zellen deutet auf eine verkürzte Diffusion von Li-Ionen hin.

Nyquist-Plots für Zellen mit und ohne CeO₂ /RGO kompositbeschichteter Separator

Um ein besseres Verständnis der Beiträge von CeO₂ . zu erlangen /RGO-kompositbeschichteter Separator, um das Pendeln von schwefelverwandten Spezies zu behindern, wurden H-Typ-Glaszellen eingeführt und getestet. Wie in Abb. 7 dargestellt, bestand die dunkelbraune Lösung auf der linken Seite aus DOL/DME mit 0,05 M Li₂ . S₆ als Additiv. Die Lösung auf der rechten Seite enthielt reines DOL/DME. Li₂ S₆ würde spontan von hoher zu niedriger Konzentration durch die Membran diffundieren, was sich in Farbänderungen widerspiegeln kann [28, 29]. Bei Zellen mit normalem Separator (Abb. 7a) änderte sich die Farbe der rechten Zelle im Laufe der Zeit offensichtlich und wurde nach 16 h dunkelbraun, was bestätigt, dass herkömmliche kommerzielle Separatoren die Diffusion von Polysulfid nicht behindern konnten. Im Vergleich dazu in Zellen mit CeO₂ /RGO-kompositbeschichteter Separator (Abb. 7b), fand im Laufe der Zeit keine deutliche Farbänderung statt, was darauf hindeutet, dass das Pendeln von Polysulfid durch CeO₂ . gehemmt wurde /RGO zusammengesetztes modifiziertes Trennzeichen.

Fotos von H-Typ-Glaszellen, die mit einem makellosen Separator zusammengebaut wurden (a ) und CeO₂ /RGO kompositbeschichteter Separator (b )

XPS wurde verwendet, um die Existenz von Wechselwirkungen zwischen CeO₂ . zu bestätigen und schwefelverwandte Arten. Die elementare Zusammensetzung und Valenzzustände von CeO₂ /RGO-Zusammensetzung nach dem Radfahren sind in Abb. 8a dargestellt. Vier Elemente (C, O, Ce und S) wurden nachgewiesen. Der Gipfel in S 2p Spektrum von CeO₂ /RGO-Verbundstoff nach dem Radfahren kann aus drei Teilen montiert werden (Abb. 8b). Der bei 166,8 eV beobachtete Peak wurde S–O zugeordnet, und die Peaks bei 169,0 und 170,2 eV könnten durch Metall-SO₄ . verursacht werden ²⁻ Spezies. Die Ce 3d Spektrum von CeO₂ /RGO-Komposit nach Zyklen zeigte Peaks bei Bindungsenergien von 882,8, 885,3, 889,1 und 898,6 eV (Abb. 8c), entsprechend CeO₂ 3d 5/2. Der Peak bei 885,3 eV kann CeO₂ . zugeschrieben werden 3d 5/2. Die Peaks bei 901,2, 907,7 ​​und 917,1 eV wurden mit CeO₂ . assoziiert 3d 3/2. Die Peaks von CeO₂ /RGO-Verbundstoff-beschichteter Separator erschien nach dem Zyklieren leicht zu negativen Werten verschoben (Abb. 8d). Dies deutete auf die Absorption schwefelverwandter Spezies durch Ce-S-Bindungen [30] hin, entsprechend S 2p Spektrum von CeO₂ /RGO-Verbundstoff nach dem Radfahren.

XPS-Spektren von CeO₂ /RGO-Zusammensetzung nach dem Radfahren:Umfragespektrum (a ) und S2p (b ). XPS-Spektren von CeO₂ /RGO-Verbundstoff:Ce 3d vorher (c ) und nach dem Radfahren (d )

Schlussfolgerungen

Polymerpyrolyse und hydrothermale Verfahren wurden als einfache und effiziente Methoden zur Herstellung von CeO₂ . eingesetzt /RGO-Komposit mit überlegener Struktur, wobei ultrafeines CeO₂ Nanopartikel wurden auf RGO-Blättern verankert. Die chemische Unterdrückung des Shuttle-Effekts von Polysulfiden für CeO₂ wurde durch XPS nach elektrochemischen Prozessen bestätigt. Die Leistung der Li/S-Batterie wurde durch die Zusammenarbeit von RGO und CeO₂ . deutlich verbessert . Eine hohe Anfangskapazität von 1136 mAh g ⁻¹ wurde bei 0,1 C mit einer Kapazitätserhaltung von etwa 75,7% nach 100 Zyklen erhalten. Die Coulomb-Effizienz der Zelle mit CeO₂ Der kompositbeschichtete /RGO-Separator war ebenfalls höher als die Werte, die von herkömmlichen kommerziellen Separatoren erhalten wurden.

Abkürzungen

CeO₂ :

Ceroxid

DME:

1,2-Dimethoxyethan

DOL:

1,3-Dioxolan

GO:

Graphenoxid

HRTEM:

Hochauflösendes Transmissionselektronenmikroskop

Li/S:

Lithium/Schwefel

LiTFSI:

Lithium-bis(trifluormethansulfonyl)imid

NMP:

N-Methyl-2-pyrroliden

PVDF:

Polyvinylidenfluorid

R_CT :

Ladungsübergangswiderstand

RGO:

Reduziertes Graphenoxid

SAED:

Ausgewählte Bereichselektronenbeugung

SEM:

Rasterelektronenmikroskop

TEM:

Transmissionselektronenmikroskop

XPS:

Röntgenphotoelektronenspektroskopie

XRD:

Röntgenbeugung