Revisiting the Role of Conductivity and Polarity of Host Materials for Long‐Life Lithium–Sulfur Battery

材料科学 硫黄 电导率 阴极 介孔材料 锂硫电池 化学工程 电化学 导电体 电极 锂(药物) 催化作用 复合材料 化学 有机化学 冶金 物理化学 工程类 医学 内分泌学
作者
Byong‐June Lee,Tong‐Hyun Kang,Ha‐Young Lee,Jitendra Samdani,Yongju Jung,Chunfei Zhang,Yu Zhou,Gui‐Liang Xu,Lei Cheng,Seoungwoo Byun,Yong Min Lee,Khalil Amine,Jong‐Sung Yu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (22) 被引量:72
标识
DOI:10.1002/aenm.201903934
摘要

Abstract Despite their high theoretical energy density and low cost, lithium–sulfur batteries (LSBs) suffer from poor cycle life and low energy efficiency owing to the polysulfides shuttle and the electronic insulating nature of sulfur. Conductivity and polarity are two critical parameters for the search of optimal sulfur host materials. However, their role in immobilizing polysulfides and enhancing redox kinetics for long‐life LSBs are not fully understood. This work has conducted an evaluation on the role of polarity over conductivity by using a polar but nonconductive platelet ordered mesoporous silica (pOMS) and its replica platelet ordered mesoporous carbon (pOMC), which is conductive but nonpolar. It is found that the polar pOMS/S cathode with a sulfur mass fraction of 80 wt% demonstrates outstanding long‐term cycle stability for 2000 cycles even at a high current density of 2C. Furthermore, the pOMS/S cathode with a high sulfur loading of 6.5 mg cm −2 illustrates high areal and volumetric capacities with high capacity retention. Complementary physical and electrochemical probes clearly show that surface polarity and structure are more dominant factors for sulfur utilization efficiency and long‐life, while the conductivity can be compensated by the conductive agent involved as a required electrode material during electrode preparation. The present findings shed new light on the design principles of sulfur hosts towards long‐life and highly efficient LSBs.
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