Conductive Porous Laminated Vanadium Nitride as Carbon-Free Hosts for High-Loading Sulfur Cathodes in Lithium–Sulfur Batteries

硫黄 材料科学 氮化钒 阴极 多孔性 氮化物 化学工程 碳纤维 复合材料 复合数 冶金 化学 物理化学 图层(电子) 工程类
作者
Ruiqing Liu,Wenhui Liu,Yali Bu,Weiwei Yang,Cheng Wang,Cameron Priest,Zhiwei Liu,Yizhou Wang,Jianyu Chen,Yunhui Wang,Jie Cheng,Xiujing Lin,Xiaomiao Feng,Gang Wu,Yanwen Ma,Wei Huang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (12): 17308-17320 被引量:109
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c07415
摘要

Improving the sulfur loading in cathodes is a significant challenge for practical lithium-sulfur batteries. Although carbonaceous sulfur hosts can achieve higher sulfur content and loading, the low tap densities of carbonaceous materials lead to low volumetric energy densities, restricting practical application. Here, conductive porous laminated vanadium nitride (VN) as a carbon-free sulfur host has been successfully developed to construct high tap density, high sulfur loading, and high energy density sulfur electrodes. The laminated stacking multiscale VN featuring interconnected holes possesses high storage space for sulfur loading, achieving high sulfur loading and utilization. VN@S materials' sulfur content and tap density can achieve 80 wt % and 1.17 g cm-3, respectively. At the sulfur loading of 1.0 mg cm-2, the VN@S cathode reaches the reversible capacity of 790 mAh g-1 at 1 C after 200 cycles and 145.2 mAh g-1 at 15 C after 500 cycles. Precisely, at a high sulfur loading of 12.6 mg cm-2, the VN@S cathode delivers a reversible capacity of 518.8 mAh g-1 (485.6 mAh cm-3) at 0.1 C after 100 cycles.
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