Accelerating lithium-sulfur battery reaction kinetics and inducing 3D deposition of Li2S using interactions between Fe3Se4 and lithium polysulfides

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作者
Yihan Lin,Liheng Li,Longjie Tan,Yongliang Li,Xiangzhong Ren,Peixin Zhang,Chuanxin He,Lingna Sun
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:95: 540-553 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2024.03.052
摘要

Although lithium-sulfur batteries (LSBs) show high theoretical energy density, their practical application is impeded by poor conductivity of the sulfur cathode, the shuttle effect, and the irreversible deposition of Li2S. To address these issues, a composite using electrospinning technology, consisting of Fe3Se4 and porous nitrogen-doped carbon nanofibers was designed for the interlayer of LSBs. The porous carbon nanofiber structure facilitates the transport of ions and electrons, while the Fe3Se4 material adsorbs lithium polysulfides (LiPSs) and accelerates its catalytic conversion process. Furthermore, the Fe3Se4 material interacts with soluble LiPSs to generate a new polysulfide intermediate, LixFeSy complex, which changes the electrochemical reaction pathway and facilitates the three-dimensional deposition of Li2S, enhancing the reversibility of LSBs. The designed LSB has a high specific capacity of 1529.6 mA h g−1 in the first cycle at 0.2 C. The rate performance is also excellent, maintaining an ultra-high specific capacity of 779.7 mA h g−1 at a high rate of 8 C. This work explores the mechanism of the interaction between the interlayer and LiPSs, and provides a new strategy to regulate the reaction kinetics and Li2S deposition in LSBs.
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