Eutectoid Reaction Enabling In Situ Construction of Titanium Based Ternary Heterostructures for Boosted Lithium Polysulfide Conversion

材料科学 异质结 化学工程 多硫化物 三元运算 电解质 氧化还原 电极 冶金 化学 光电子学 物理化学 计算机科学 工程类 程序设计语言
作者
Maoqiang Shen,Yan Liu,Xinyue Gao,Xuesen Liu,Yanhao Zhao,Linrui Hou,Changzhou Yuan
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:9 (8): e2500157-e2500157
标识
DOI:10.1002/smtd.202500157
摘要

Abstract Typical shuttle effect of lithium polysulfides (LiPSs) and slow kinetics of redox reactions seriously hinder the potential application of lithium–sulfur batteries (LSBs). Herein, a titanium based ternary accordion heterostructure (i.e., TiC‐TiN‐TiO 2 ) is first fabricated through an acid‐assisted eutectoid reaction of Ti 3 CN MXene obtained via efficiently gas‐etching of Ti 3 AlCN MAX. The in situ crystal reconstruction not only creates functional sur/interface configuration but generates built‐in electric field (BIEF) at the crystal interfaces, which induce interfacial charge redistribution and accelerate electronic/ionic conductions of the whole heterostructures. Besides, the well‐defined functions of conductive TiC, adsorptive TiO 2 , and catalytic TiN enable the efficient fixation and conversion of LiPSs. Accordingly, LSBs assembled with the TiC‐TiN‐TiO 2 modified separators demonstrate a remarkable reversible capacity of 1185 mAh g −1 at 0.5 C, and an outstanding capacity retention of 778 mAh g −1 after 500 cycles with a decay rate of 0.078% per cycle. Moreover, excellent rate capability (838 mAh g −1 at 5 C) and superior cycling stability with high sulfur loading (3.7 mg cm −2 ) and low electrolyte/sulfur ratio (6.0 µL mg −1 ) are also achieved. More significantly, the eutectoid reaction of solid solution MXenes it devised here provides an innovative avenue to design functional hierarchical heterostructures for high‐performance LSBs and beyond.
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