Topological Insulator Heterojunction with Electric Dipole Domain to Boost Polysulfide Conversion in Lithium‐Sulfur Batteries

多硫化物 异质结 材料科学 阴极 硫黄 化学工程 拓扑(电路) 光电子学 纳米技术 电极 化学 电气工程 物理化学 电解质 冶金 工程类
作者
Hedong Chen,Yecheng Qiu,Zhiyuan Cai,Wenhao Liang,Wenhao Liang,Lin Liu,Manman Li,Xianhua Hou,Fuming Chen,Xunzhu Zhou,Tengfei Cheng,Liqing He,Liqing He,Jiazhao Wang,Xiaohong Zhang,Xiaohong Zhang,Shi Xue Dou,Nianwu Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (13): e202423357-e202423357 被引量:30
标识
DOI:10.1002/anie.202423357
摘要

The heterojunction materials are considered as promising electrocatalyst candidates that empower advanced lithium-sulfur (Li-S) batteries. However, the detailed functional mechanism of heterojunction materials to boost the sulfur redox reaction kinetics remains unclear. Herein, we construct a multifunctional potential well-type Bi2Te3/TiO2 topological insulator (TI) heterojunction with electric dipole domain to elucidate the synergistic mechanism, which facilitates rapid mass transport, strengthens polysulfide capture ability and accelerates polysulfide conversion. Therefore, the Li-S battery with Bi2Te3/TiO2 TI heterojunction modified separator achieves high utilization of sulfur cathode, delivering a high reversible specific capacity of 1375 mAh g-1 at 0.2 C and long cycling capability with a negligible capacity decay of 0.022 % per cycle over 1000 cycles at 1 C. Even with the high sulfur loading of 13.2 mg cm-2 and low E/S ratio of 3.8 μL mg-1, a high area capacity of 11.2 mAh cm-2 and acceptable cycling stability can be obtained. This work provides guidance for designing high-efficiency TI heterojunctions to promote the practical application of Li-S batteries.
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