超輕氮硫共摻雜石墨烯：提升鋰硒電池性能
本文亮點
1採用簡單真空抽濾法製備了一種自支撐超輕氮硫共摻雜石墨烯膜。
2共摻雜超輕石墨烯膜用作「液硒電極」的阻擋層，有效避免了充放電過程中的「多硒離子穿梭」效應。
3共摻雜石墨烯膜可吸附多硒離子，使得鋰硒電池具有良好的循環穩定性和倍率特性。
內容簡介
隨著人們對日用電子消費產品以及電動汽車的要求不斷提高，發展高能量密度的電池體系早已是大勢所趨。鋰硫電池因具有很高的理論體積能量密度（3467 mA h/cm3），有望顯著提高電動汽車的續航里程，但是在充放電過程中如何抑制多硫離子溶解和避免鋰枝晶產生一直制約著鋰硫電池的發展和使用。
鋰硒電池具有可與鋰硫電池相媲美的超高體積比容量(3253 mAh/cm3vs. 3467 mAh/cm3)，而且硒的導電性和電化學活性都遠遠高於硫，但是鋰硒電池存在一些難以克服的問題，主要表現在：（1）充放電過程中產生多硒化物會帶來穿梭效應，在很大程度上影響Li-Se電池的循環壽命；（2）電極發生體積膨脹；（3）較低的電子電導率和離子傳輸速率。
▲圖1 Li-Se電池目前面臨的主要問題
北京大學侯仰龍教授和重慶工商大學古興興副研究員等利用合成出的自支撐超輕氮硫共摻雜石墨烯膜作為液硒電極阻擋層，有效抑制了多硒化物的產生，避免了充放電過程中的「多硒離子穿梭」效應，實現了鋰硒電池循環性和倍率性能的大幅提升。
此工作為製備高能量密度，長循環壽命的鋰硒和鈉硒電池提供了一種全新的策略方法。
圖文導讀
1自支撐氮硫共摻雜石墨烯膜的結構及表征
自支撐超輕石墨烯膜是由片狀氮硫摻雜石墨烯通過層層自組裝形成膜結構，該結構具有良好的可摺疊性。
XPS研究結果表明合成的氮硫摻雜石墨烯具有非常高的氮摻雜含量和硫摻雜含量，為實現對多硒化鋰的強化學吸附提供了可能。
2電化學性能
如上圖(a)(b)所示，使用了氮硫摻雜石墨烯阻擋層的液硒電極的極化程度大大降低，循環可逆性更好。
相比於未使用這種超輕氮硫共摻雜石墨烯阻擋層的鋰硒電池，使用後的鋰硒電池表現出了優異的循環性能，在675 mA/g的電流密度循環500圈，可逆容量仍保持在400 mAh/g左右。且其倍率性能也得到了極大的提升，在2700 mA /g的電流密度下，可逆容量仍高達約300 mAh/g。
作者簡介
主要研究方向：
主要從事多功能磁性材料、新能源材料的控制合成及其在納米生物醫學與能源領域的應用探索研究。
課題組主頁：
主要研究方向：
① 二次電池（鋰硫/硒電池，鋰/鈉離子電池）及其關鍵材料；
② 納米多孔材料對環境污水中有機物及重金屬離子的吸附 。
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