High-Entropy MXene as Bifunctional Mediator toward Advanced Li–S Full Batteries

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作者
Qi Liang,Sizhe Wang,Xiaomeng Lü,Xiaohua Jia,Jin Yang,Fei Liang,Qingyu Xie,Chao Yang,Ji Qian,Haojie Song,Renjie Chen
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (3): 2395-2408 被引量:204
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c10731
摘要

The development of high-energy-density Li-S batteries (LSBs) is still hindered by the disturbing polysulfide shuttle effect. Herein, with clever combination between "high entropy" and MXene, an HE-MXene doped graphene composite containing multiple element quasi-atoms as bifunctional mediator for separator modification (HE-MXene/G@PP) in LSBs is proposed. The HE-MXene/G@PP offers high electrical conductivity for fast lithium polysulfide (LiPS) redox conversion kinetics, abundant metal active sites for efficient chemisorption with LiPSs, and strong lipophilic characteristics for uniform Li+ deposition on lithium metal surface. As demonstrated by DFT theoretical calculations, in situ Raman, and DRT results successively, HE-MXene/G@PP efficiently captures LiPSs through synergistic modulation of the cocktail effect and accelerates the LiPSs redox reaction, and the lattice distortion effect effectively induces the homogeneous deposition of dendritic-free lithium. Therefore, this work achieves excellent long-term cycling performance with a decay rate of 0.026%/0.031% per cycle after 1200 cycles at 1 C/2 C. The Li||Li symmetric cell still maintains a stable overpotential after 6000 h under 40 mA cm-2/40 mAh cm-2. Furthermore, it delivers favorable cycling stability under 7.8 mg cm-2 and a low E/S ratio of 5.6 μL mg-1. This strategy provides a rational approach to resolve the sulfur cathode and lithium anode problems simultaneously.
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