Ni Anchored to Hydrogen-Substituted Graphdiyne for Lithium Sulfide Cathodes in Lithium–Sulfur Batteries

硫黄 硫化氢 材料科学 阴极 锂(药物) 硫化物 无机化学 锂硫电池 化学 电化学 有机化学 电极 冶金 物理化学 医学 内分泌学
作者
Louisa C. Greenburg,Xin Gao,Pu Zhang,Xueli Zheng,Jingyang Wang,Rafael A. Vilá,Yi Cui
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:23 (13): 5967-5974 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c01034
摘要

Lithium-sulfur (Li-S) batteries are promising candidates for next-generation energy storage systems due to their high theoretical energy density and the low cost of sulfur. However, slow conversion kinetics between the insulating S and lithium sulfide (Li2S) remains as a technical challenge. In this work, we report a catalyst featuring nickel (Ni) single atoms and clusters anchored to a porous hydrogen-substituted graphdiyne support (termed Ni@HGDY), which is incorporated in Li2S cathodes. The rapidly synthesized catalyst was found to enhance ionic and electronic conductivity, decrease the reaction overpotential, and promote more complete conversion between Li2S and sulfur. The addition of Ni@HGDY to commercial Li2S powder enabled a capacity of over 516 mAh gLi2S-1 at 1 C for over 125 cycles, whereas the control Li2S cathode managed to maintain just over 200 mAh gLi2S-1. These findings highlight the efficacy of Ni as a metal catalyst and demonstrate the promise of HGDY in energy storage devices.
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