Capture and Catalytic Conversion of Polysulfides by In Situ Built TiO2‐MXene Heterostructures for Lithium–Sulfur Batteries

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作者
Long Jiao,Chen Zhang,Chuannan Geng,Shichao Wu,Huan Li,Wei Lv,Ying Tao,Zijin Chen,Guangmin Zhou,Jianbao Li,Guowei Ling,Ying Wan,Quan‐Hong Yang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (19) 被引量:481
标识
DOI:10.1002/aenm.201900219
摘要

Abstract The detrimental shuttle effect in lithium–sulfur batteries mainly results from the mobility of soluble polysulfide intermediates and their sluggish conversion kinetics. Herein, presented is a multifunctional catalyst with the merits of strong polysulfides adsorption ability, superior polysulfides conversion activity, high specific surface area, and electron conductivity by in situ crafting of the TiO 2 ‐MXene (Ti 3 C 2 T x ) heterostructures. The uniformly distributed TiO 2 on MXene sheets act as capturing centers to immobilize polysulfides, the hetero‐interface ensures rapid diffusion of anchored polysulfides from TiO 2 to MXene, and the oxygen‐terminated MXene surface is endowed with high catalytic activity toward polysulfide conversion. The improved lithium–sulfur batteries deliver 800 mAh g −1 at 2 C and an ultralow capacity decay of 0.028% per cycle over 1000 cycles at 2 C. Even with a high sulfur loading of 5.1 mg cm −2 , the capacity retention of 93% after 200 cycles is still maintained. This work sheds new insights into the design of high‐performance catalysts with manipulated chemical components and tailored surface chemistry to regulate polysulfides in Li–S batteries.
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