Integrating Energy Band Alignment and Oxygen Vacancies Engineering of TiO2 Anatase/Rutile Homojunction for Kinetics‐Enhanced Li–S Batteries

同质结 材料科学 锐钛矿 金红石 催化作用 氧气 电解质 化学工程 动力学 硫黄 光催化 电极 光电子学 物理化学 兴奋剂 化学 有机化学 物理 量子力学 工程类 冶金
作者
Li Ma,Youquan Zhang,Shuai Zhang,Li Wang,Chunxiao Zhang,Yuejiao Chen,Qing Wu,Libao Chen,Liangjun Zhou,Weifeng Wei
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (48) 被引量:103
标识
DOI:10.1002/adfm.202305788
摘要

Abstract The inferior shuttle effect of intermediate lithium polysulfides and the sluggish kinetics of sulfur redox reaction are two serious puzzles for the application of lithium–sulfur batteries. Herein, energy band alignment is combined with oxygen vacancies engineering to obtain TiO 2 anatase/rutile homojunction (A/R‐TiO 2 ) with effective immobilization and high‐efficiency catalytic conversion of polysulfides. Theoretical calculations and experiments reveal that the near perfect energy band alignment in A/R‐TiO 2 is conducive to fluent charge transfer and high catalytic activity, while the rich oxygen vacancies are engineered to provide abundant active sites for anchoring and accelerating conversion of soluble polysulfides. As a result, a battery with A/R‐TiO 2 ‐modified separator delivers a marked sulfur utilization (1210 mAh g −1 at 0.1 C and 689 mAh g −1 at 1 C, 3.75 mg cm −2 ) and a high capacity retention of 63% over 300 cycles at 0.5 C (3.25 mg cm −2 ). More importantly, the A/R‐TiO 2 ‐modified separator endows the pouch cell with a high capacity of 128.5 mAh at 0.05 C with a lean electrolyte/sulfur ratio for practical application (S loading: 4 mg cm −2 ).
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