A new metallic composite cathode originated from hyperbranched polymer coated MOF for High-performance Lithium-Sulfur batteries

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作者
Zhenfeng Li,Jianyang Wu,Pingping Chen,Qinghui Zeng,Xin Wen,Wen Wen,Yu Liu,Anqi Chen,Jiazhu Guan,Xu Liu,Wei Liu,Henghui Zhou,Liaoyun Zhang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:435: 135125-135125 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.135125
摘要

• A new MOF-derived cathode (S/Zr 2 N 2 O/NC-6) is prepared for the first time. • The Zr 2 N 2 O shows the synergy of adsorption and catalysis for LiPS. • The fabricated cathode is beneficial to fast transport lithium ion. • The assembled cells exhibit good performance with high sulfur loading. To improve the polysulfides redox conversion and mitigate the shuttle effect for lithium-sulfur (Li-S) batteries, a hyperbranched polymer coated MOF-derived zirconium nitrogen oxides and N -doping carbon composites (Zr 2 N 2 O/NC-6) are designed and prepared by pyrolytic method. Thanks to some advantages of this type of new composites including fast lithium-ion transport, lithium polysulfides (LiPSs) anchoring and multiple functional sites, the cells with S/Zr 2 N 2 O/NC-6 cathode exhibit good cycle stability (the capacity retention is 81.8% at 1C after 300 cycles) and rate capability (566.8 mAh g −1 at 5C). More importantly, even if the sulfur loading is up to 8.16 mg cm −2 and low electrolyte/sulfur (E/S) ratio (7.79 µL mg −1 ), the cells with S/Zr 2 N 2 O/NC-6 cathode deliver an initial area capacity of 7.2 mAh cm −2 and the capacity also can maintain at 5.34 mAh cm −2 after 80 cycles at 0.2C, which are much better than the commercial lithium-ion batteries. This work exhibits a MOF-derived novel material Zr 2 N 2 O/NC used as the sulfur host for the first time, which can have a guiding role in designing multifunctional materials with adsorption, ion transport and catalytic features for the high-performance lithium sulfur batteries with application potential.
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