Dense Graphene Monolith for High Volumetric Energy Density Li–S Batteries

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作者
Huan Li,Ying Tao,Chen Zhang,Qiang Cai,Jiayan Luo,Weichao Fan,Yue Xu,Youzhi Li,Conghui You,Zheng‐Ze Pan,Mingchun Ye,Zhengyu Chen,Dong Zhang,Dawei Wang,Feiyu Kang,Jun Lü,Quan‐Hong Yang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (18) 被引量:127
标识
DOI:10.1002/aenm.201703438
摘要

Abstract Despite the outstanding gravimetric performance of lithium–sulfur (Li–S) batteries, their practical volumetric energy density is normally lower than that of lithium‐ion batteries, mainly due to the low density of nanostructured sulfur as well as the porous carbon hosts. Here, a novel approach is developed to fabricate high‐density graphene bulk materials with “ink‐bottle‐like” mesopores by phosphoric acid (H 3 PO 4 ) activation. These pores can effectively confine the polysulfides due to their unique structure with a wide body and narrow neck, which shows only a 0.05% capacity fade per cycle for 500 cycles (75% capacity retention) for accommodating polysulfides. With a density of 1.16 g cm −3 , a hybrid cathode containing 54 wt% sulfur delivers a high volumetric capacity of 653 mA h cm −3 . As a result, a device‐level volumetric energy density as high as 408 W h L −1 is achieved with a cathode thickness of 100 µm. This is a periodic yet practical advance to improve the volumetric performance of Li–S batteries from a device perspective. This work suggests a design principle for the real use Li–S batteries although there is a long way ahead to bridge the gap between Li–S batteries and Li–ion batteries in volumetric performance.
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