Manganese nitride/oxide heterostructure interlayer derived from triazolate metal–organic framework for stable Li-S batteries

材料科学 氮化物 氧化物 电化学 化学工程 异质结 电解质 催化作用 无定形固体 无机化学 电极 纳米技术 化学 图层(电子) 冶金 有机化学 光电子学 工程类 物理化学
作者
Zhaoyang Han,Sang‐Hee Son,Kyungsaeng Kim,Mengzi Geng,Hangqi Yang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:481: 148389-148389 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.148389
摘要

The dissolving shuttle phenomenon of polysulfides (LiPSs) and their slow redox kinetics seriously restrict the further advancement of lithium-sulfur batteries (LSBs). In this work, manganese nitride/oxide heterostructure microsphere prepared by pyrolysis of triazolate metal–organic framework precursor was reasonably introduced into the interlayer material to achieve collaborative anchoring and catalytic effects on LiPSs. The adsorption, density functional theory (DFT) calculation, electrochemical and in situ Raman tests proves that the amorphous carbon coated heterostructures show good chemical affinity for LiPSs, which inhibits shuttle effect effectively and improves electrochemical conversion kinetics and energy efficiency. The LSBs equipped with manganese nitride/oxide interlayer exhibits an initial capacity of 1155.5 mAh/g and retains 631.3 mAh/g after 1000 cycles at 2C, corresponding to an average capacity decay of 0.045 % per cycle. In addition, despite the high loading (6.5 mg cm−2) and poor electrolyte conditions (E/S = 7.2 mL g−1), the battery cycle performance is still outstanding (734 mAh/g after 100 cycles at 0.5C). This work showcases the application of manganese nitride/oxide heterogeneous catalysts in developing high-performance LSBs, thereby promoting the development of heterogeneous structures in electrochemical applications.
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