Single‐atomic tungsten‐doped Co 3 O 4 nanosheets for enhanced electrochemical kinetics in lithium–sulfur batteries

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作者
Sangni Wang,Riming Hu,Ding Yuan,Lei Zhang,Chao Wu,Tianyi Ma,Wei Yan,Rui Wang,Liang Liu,Xuchuan Jiang,Huan Liu,Shi Xue Dou,Yuhai Dou,Jiantie Xu
出处
期刊:Carbon energy [Wiley]
卷期号:5 (8) 被引量:38
标识
DOI:10.1002/cey2.329
摘要

Abstract The practical application of lithium–sulfur batteries (LSBs) is severely hindered by the undesirable shuttling of lithium polysulfides (LiPSs) and sluggish redox kinetics of sulfur species. Herein, a series of ultrathin single‐atomic tungsten‐doped Co 3 O 4 (W x ‐Co 3 O 4 ) nanosheets as catalytic additives in the sulfur cathode for LSBs are rationally designed and synthesized. Benefiting from the enhanced catalytic activity and optimized electronic structure by W doping, the W x ‐Co 3 O 4 not only reduces the shuttling of LiPSs but also decreases the energy barrier of sulfur redox reactions of sulfur species, leading to accelerated electrode kinetic. As a result, LSB cathodes with the use of 5.0 wt% W 0.02 ‐Co 3 O 4 as the electrocatalyst show the high reversible capacities of 1217.0 and 558.6 mAh g −1 at 0.2 and 5.0 C, respectively, and maintain a high reversible capacity of 644.6 mAh g −1 at 1.0 C (1.0 C = 1675 mA g −1 ) after 500 cycles. With a high sulfur loading of 5.5 mg cm −2 and electrolyte–electrode ratio of 8 μL electrolyte mg sulfur −1 , the 5.0 wt% W 0.02 ‐Co 3 O 4 ‐based sulfur cathode also retains a high reversible areal capacity of 3.86 mAh cm −2 at 0.1 C after 50 cycles with an initial capacity retention of 84.7%.
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