Biomimetic Membrane‐Like Co/CoSe2@CNF‐CNT (L) with Selective Permeability for Enhanced Performance of Lithium–Sulfur Battery

材料科学 碳纳米纤维 纳米纤维 催化作用 微型多孔材料 化学工程 碳纳米管 纳米技术 化学 有机化学 复合材料 生物化学 工程类
作者
Siqi Wang,Kai Sun,Han Guo,Yiding Li,Yujun Fu,Xiaorong Fang,Ruoan Li,Chengtian Lv,Yihao Yao,Zhongwei He,Dequan Liu,Deyan He
出处
期刊:Small methods [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smtd.202500312
摘要

Abstract Inspired by the multifunctionality and precise regulation of biological membranes, this work designs a biomimetic membrane‐like structure for lithium–sulfur (Li–S) batteries. By controlling the selenization time, the composition of the metal catalyst and the material's microstructure is regulated, resulting in a self‐supporting 3D porous conductive network of Co/CoSe 2 ‐modified carbon nanofiber (CNF) with in situ grown carbon nanotubes (CNT) (Co/CoSe 2 @CNF‐CNT (L)). Drawing inspiration from the selective permeability of biological membranes, the Co/CoSe 2 @CNF‐CNT (L) system achieves dual‐functionality. On one hand, the Co/CoSe 2 catalyst, possessing Lewis acid properties, provides a strong binding affinity for lithium polysulfides (LiPSs), effectively inhibiting their migration. Additionally, CNF and in situ grown CNT form a microporous structure, which effectively inhibits the shuttle effect. This behavior is analogous to specific proteins in biological membranes that selectively recognize and bind certain substances. On the other hand, the CNF‐CNT 3D conductive network has numerous ion channels that ensure efficient lithium‐ion (Li + ) transport, mirroring the role of ion channels or carrier proteins in biological membranes. Consequently, the cell with the Co/CoSe 2 @CNF‐CNT (L) exhibits a reversible capacity of 1425.21 mAh g −1 at 1 A g −1 and retains 875.33 mAh g −1 after 500 cycles. Furthermore, the cells exhibit excellent stability under high currents and prolonged cycling.
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