Ultradispersed titanium dioxide nanoparticles embedded in a three-dimensional graphene aerogel for high performance sulfur cathodes.
Ultradispersed titanium dioxide nanoparticles embedded in a three-dimensional graphene aerogel for high performance sulfur cathodes.
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嵌入三维石墨烯气凝胶中的超分散二氧化钛纳米颗粒，用于高性能硫阴极
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锂硫（Li-S）电池被认为是最有前途的储能技术之一，然而硫阴极的“穿梭效应”、低电导率和大体积变化等一系列问题严重限制了其实际应用。在这里，我们开发了一种简单的水热方法，用于大规模合成由三维石墨烯气凝胶组成的硫主体，其中微小的TiO 2纳米颗粒（5-10 nm）均匀分散在石墨烯片上（GA-TiO 2）。所获得的GA-TiO 2复合材料具有高达360 m2 g-1的高表面积和分级多孔结构，这有利于硫在碳基质中的包封。所得的GA-TiO 2/S复合材料表现出810 mA h g-1的高初始放电容量，在2C下700次循环中，每次循环的超低容量衰减为0.054%，以及高倍率（5C）性能（396 mA h g-1）。这种结构设计为合成定义明确的硫主体铺平了新的道路，以应对高性能Li-S电池的挑战。GA-TiO 2复合材料作为正极材料在锂硫电池中具有优异的电化学性能。
Lithium–sulfur (Li–S) batteries are regarded as one of the most promising energy storage technologies, however, their practical application is greatly limited by a series of sulfur cathode challenges such as the notorious “shuttle effect”, low conductivity and large volume change. Here, we develop a facile hydrothermal method for the large scale synthesis of sulfur hosts consisting of three-dimensional graphene aerogel with tiny TiO2 nanoparticles (5–10 nm) uniformly dispersed on the graphene sheet (GA–TiO2). The obtained GA–TiO2 composites have a high surface area of ∼360 m2 g−1 and a hierarchical porous structure, which facilitates the encapsulation of sulfur in the carbon matrix. The resultant GA–TiO2/S composites exhibit a high initial discharge capacity of 810 mA h g−1 with an ultralow capacity fading of 0.054% per cycle over 700 cycles at 2C, and a high rate (5C) performance (396 mA h g−1). Such architecture design paves a new way to synthesize well-defined sulfur hosts to tackle the challenges for high performance Li–S batteries. GA–TiO2 composites as a cathode material realize an excellent electrochemical performance in Li–S batteries.
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