Multifunctional Ni-doped CoSe2 nanoparticles decorated bilayer carbon structures for polysulfide conversion and dendrite-free lithium toward high-performance Li-S full cell

多硫化物 材料科学 阳极 阴极 锂(药物) 电解质 化学工程 硫黄 纳米颗粒 碳纤维 电化学 纳米技术 电极 复合材料 化学 冶金 复合数 工程类 内分泌学 物理化学 医学
作者
Yonghui Xie,Wenrui Zheng,Juan Ao,Yeqing Shao,Xing Huang,Hong Li,Shuying Cheng,Xinghui Wang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:62: 102925-102925 被引量:113
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.102925
摘要

The commercial application of lithium-sulfur batteries is severely hampered by polysulfide shuttle effects, sluggish redox kinetics, and uncontrollable lithium dendrite growth. Herein, a unique Ni-doped CoSe2 nanoparticle decorated bilayer carbon (Ni-CoSe2/BC) structure is synthesized for both the sulfur cathode and lithium anode, which introduces bi-functionalities including Ⅰ) the internal carbon conductive network skeleton of carbon nanotubes is capable of physically confining, storing, and alleviating volume expansion of sulfur; and Ⅱ) Ni-CoSe2 nanoparticles decorated on the external carbon nanoarrays contribute to efficient chemical anchoring and accelerated polysulfide conversion for the cathode, and serve as lithiophilic sites to induce homogeneous lithium deposition for the anode. As a result, Ni-CoSe2/BC effectively inhibits the shuttle effect and induces dendrite-free lithium deposition. The Ni-CoSe2/BC-S delivers a high discharge specific capacity of 806 mAh g−1 after 400 cycles at 1 C, with a low capacity decay rate of 0.07% per cycle. Moreover, the Ni-CoSe2/BC-Li exhibits an impressively long cycle life of 2000 h at 10 mA cm−2/10 mAh cm−2. Notably, the lithium-sulfur full cell assembled with Ni-CoSe2/BC as universal hosts for both anode and cathode possesses an average discharge capacity of 6.07 mAh cm−2 in 50 cycles (Sulfur loading=12.8 mg cm−2, Electrolyte/Sulfur=7.8 μL mg−1, and Negative/Positive=1.56). This work provides novel structural design and mechanism insights for the practical application of lithium-sulfur batteries.
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