Optimized Catalytic WS2–WO3 Heterostructure Design for Accelerated Polysulfide Conversion in Lithium–Sulfur Batteries

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作者
Bin Zhang,Chong Luo,Yaohua Deng,Zhijia Huang,Guangmin Zhou,Wei Lv,Yan‐Bing He,Ying Wan,Feiyu Kang,Quan‐Hong Yang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (15) 被引量:220
标识
DOI:10.1002/aenm.202000091
摘要

Abstract The lithium–sulfur (Li–S) battery is a next generation high energy density battery, but its practical application is hindered by the poor cycling stability derived from the severe shuttling of lithium polysulfides (LiPSs). Catalysis is a promising way to solve this problem, but the rational design of relevant catalysts is still hard to achieve. This paper reports the WS 2 –WO 3 heterostructures prepared by in situ sulfurization of WO 3 , and by controlling the sulfurization degree, the structure is controlled, which balances the trapping ability (by WO 3 ) and catalytic activity (by WS 2 ) toward LiPSs. As a result, the WS 2 –WO 3 heterostructures effectively accelerate LiPS conversion and improve sulfur utilization. The Li–S battery with 5 wt% WS 2 –WO 3 heterostructures as additives in the cathode shows an excellent rate performance and good cycling stability, revealing a 0.06% capacity decay each cycle over 500 cycles at 0.5 C. By building an interlayer with such heterostructure‐added graphenes, the battery with a high sulfur loading of 5 mg cm −2 still shows a high capacity retention of 86.1% after 300 cycles at 0.5 C. This work provides a rational way to prepare the metal oxide–sulfide heterostructures with an optimized structure to enhance the performance of Li–S batteries.
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