Dynamic Stereo‐Conformation of Catalyst‐In‐Cavity Biomimetic Enzymes Enable High‐Sulfur‐Utilization and Lean‐Electrolyte Lithium‐Sulfur Batteries

材料科学 硫黄 电解质 催化作用 锂(药物) 电化学 氧化还原 化学工程 无机化学 有机化学 冶金 电极 化学 物理化学 工程类 内分泌学 医学
作者
Yang‐Yang Dong,Haikuo Zhang,Dong Cai,Shuo Yang,Ying Peng,Tingting Li,Jinxuan Zou,Meiling Shu,Ruhong Li,Jinze Wang,Kuikui Xiao,Xuemei Zhou,Huagui Nie,Xiulin Fan,Zhi Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (41) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/adfm.202406455
摘要

Abstract The key challenges for pursuing high‐energy‐density lithium‐sulfur (Li‐S) batteries lie in struggling sulfur conversions under high‐sulfur‐loading and low electrolyte‐to‐sulfur (E/S) ratio conditions. To mimic high‐efficient natural enzymes, in this work, sulfonated cobalt phthalocyanine (CoPC) is implanted in β‐cyclodextrin (β–CD) cavity for preparing β–CD@CoPC biomimetic catalysts, which enables a good electrochemical contact with solvated lithium polysulfides in a locally enriched electrolyte. Moreover, the dynamic stereo‐conformation evolution of CoPC in hydrophobic β–CD cavity promotes subsequent sulfur redox kinetics and induces the separation of Li 2 S from the catalyst, further improving catalysis efficiency. The catalytic activity is quantified through specific Michaelis–Menten equations for enzymatic reactions and it showed that β–CD@CoPC improved catalytic ability by 3 and 30 times compared to that of the β–CD and CoPC catalysts, respectively. As a result, the Li–S pouch cell with mere 1.0 wt% β–CD@CoPC exhibits a high initial areal capacity of 11.6 mAh cm −2 under high‐sulfur‐loading (12.8 mg cm −2 ) and low E/S ratio (3.5 µL mg −1 ). This strategy provides a feasible way to tackle sulfur conversion issues under lean electrolytes for next‐generation high‐energy batteries.
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