Cooperative catalytic interface accelerates redox kinetics of sulfur species for high-performance Li-S batteries

催化作用 材料科学 动力学 化学工程 接口(物质) 氧化还原 硫黄 无机化学 化学 复合材料 有机化学 工程类 物理 冶金 量子力学 毛细管作用 毛细管数
作者
Xu Zhou,Tingting Liu,Genfu Zhao,Xiaofei Yang,Hong Guo
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:40: 139-149 被引量:60
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2021.05.009
摘要

The high theoretical energy density and low cost make lithium-sulfur (Li-S) batteries an ideal choice for next-generation energy storage devices. However, the slow kinetics cause the reaction process to be incomplete and low reaction rate. To solve this problem, a novel cooperative catalytic interface with fine molecular regulation mechanism is designed by taking advantage of the electronic correlation between the catalyst and polysulfides (LiPSs), which multi-step process contains chemical adsorption, catalytic activity center and lithium-ion transfer. The cooperative catalytic interface greatly accelerates the kinetics of LiPSs conversion, precipitation of Li2S in discharging, and insoluble Li2S decomposition in charging process. Therefore, the [email protected]3N4-based cathode exhibits an outstanding electrochemical performance. Even under the condition of high sulfur loading of 6.0 mg cm−2, the constructed Li-S batteries demonstrate the ultralow capacity decay rate of 0.025% per cycle up to 1000 cycles. Moreover, its catalytic mechanism is deeply analyzed through DFT theory and in(ex)-situ technologies. This work will open a new window for the rational design of Li-S electrocatalyst based on cooperative interface.
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