Unveiling the catalytic potential of two-dimensional boron nitride in lithium–sulfur batteries

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作者
Nabil Khossossi,Deobrat Singh,I. Essaoudi,Rajeev Ahuja,A. Ainane
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:479: 147518-147518 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.147518
摘要

Lithium-sulfur (Li-S) batteries, renowned for their potential high energy density, have attracted attention due to their use of earth-abundant elements. However, a significant challenge lies in developing suitable materials for both lithium-based anodes, which are less prone to lithium dendrite formation, and sulfur-based cathodes. This obstacle has hindered their widespread commercial viability. In this study, we present a novel sulfur host material in the form of a two-dimensional semiconductor boron nitride framework, specifically the 2D orthorhombic diboron dinitride (o-B2N2). The inherent conductivity of o-B2N2 mitigates the insulating nature often observed in sulfur-based electrodes. Notably, the o-B2N2 surface demonstrates a high binding affinity for long-chain Li-polysulfides, leading to a significant reduction in their dissolution into the DME/DOL electrolytes. Furthermore, the preferential deposition of Li2S on the o-B2N2 surface expedites the kinetics of the lithium polysulfide redox reactions. Additionally, our investigations have revealed a catalytic mechanism on the o-B2N2 surface, significantly reducing the free energy barriers for various sulfur reduction reactions. Consequently, the integration of o-B2N2 as a host cathode material for Li-S batteries holds great promise in suppressing the shuttle effect of lithium polysulfides and ultimately enhancing the overall battery performance. This represents a practical advancement for the application of Li-S batteries.
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