Chemical Bonding and Physical Trapping of Sulfur in Mesoporous Magnéli Ti4O7 Microspheres for High‐Performance Li–S Battery

介孔材料 材料科学 硫黄 阴极 锂(药物) 化学工程 电化学 化学键 化学状态 纳米技术 电极 催化作用 物理化学 X射线光电子能谱 冶金 有机化学 化学 工程类 内分泌学 医学
作者
Hao Wei,Erwin F. Rodriguez,Adam S. Best,Anthony F. Hollenkamp,Dehong Chen,Rachel A. Caruso
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:7 (4) 被引量:144
标识
DOI:10.1002/aenm.201601616
摘要

Various host materials have been investigated to address the intrinsic drawbacks of lithium sulfur batteries, such as the low electronic conductivity of sulfur and inevitable decay in capacity during cycling. Besides the widely investigated carbonaceous materials, metal oxides have drawn much attention because they form strong chemical bonds with the soluble lithium polysulfides. Here, mesoporous Magnéli Ti 4 O 7 microspheres are prepared via an in situ carbothermal reduction that exhibit interconnected mesopores (20.4 nm), large pore volume (0.39 cm 3 g −1 ), and high surface area (197.2 m 2 g −1 ). When the sulfur cathode is embedded in a matrix of mesoporous Magnéli Ti 4 O 7 microspheres, it exhibits a superior reversible capacity of 1317.6 mA h g −1 at moderate current (C/10) and a low decay in capacity of 12% after 400 cycles at C/5. Strong chemical bonding of the lithium polysulfides to Ti 4 O 7 , as well as effective physical trapping in the mesopores and voids in the matrix are considered responsible for the improved electrochemical performance. A mechanism of the physical and chemical interactions between mesoporous Magnéli Ti 4 O 7 microspheres and sulfur is proposed based on systematic investigations.
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