Cobalt‐Based Catalyst Integration Into a Hierarchically Ordered Macro‐Meso‐microporous Carbon Cathode for High‐performance Aqueous Zn‐Sulfur Batteries

微型多孔材料 硫黄 阴极 催化作用 材料科学 碳纤维 水溶液 化学工程 无机化学 化学 冶金 有机化学 物理化学 复合材料 工程类 复合数
作者
Liangzhen Liu,Mian Zahid Hussain,Da Lei,Olivier Henrotte,Emiliano Cortés,Aliaksandr S. Bandarenka,Roland A. Fischer
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:12 (43): e09945-e09945
标识
DOI:10.1002/advs.202509945
摘要

Abstract The pyrolytic synthesis of an ordered macro‐meso‐micro porous carbon cathode material (OM‐PC) with integration of a Co 3 ZnC/Co catalyst is reported. It is derived from a Co‐doped ZIF‐8 framework via a templated in situ growth within the interstitial spaces of a preformed self‐assembled polystyrene monolith, followed by the template removal. The hierarchical 3D architecture facilitates Zn 2 ⁺ diffusion and enhances reaction kinetics during charge–discharge processes. The integrated Co 3 ZnC/Co catalyst significantly improves the surface affinity of the porous carbon host for polysulfide trapping and accelerates polysulfide redox conversion, leading to enhanced sulfur utilization, mitigated shuttle effects, and longer cycling stability. The fabricated aqueous Zn‐S battery with the sulfur‐loaded cathode denoted as S@Co 3 ZnC/Co/OM‐PC delivers a synergistic high discharge capacity of ≈1685 mA h g− 1 , which includes ≈115 mA h g −1 contributed from the I 3 − /I − redox couple. The device shows low polarization and exhibits a minimal capacity decay of ≈0.027% per cycle over 400 cycles. It maintained a good rate performance of ≈1035 mA h g −1 at 3 A g −1 , with long cycling stability. In‐depth investigation reveals a multistep intermediate polysulfides conversion pathway in the aqueous electrolyte, which effectively avoids the sluggish solid‐solid conversion.
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