Multistep C/VN frameworks as highly-efficient sulfur host for high-performance lithium–sulfur batteries

硫黄 催化作用 阴极 电化学 碳纤维 溶解 材料科学 氧化还原 氮化钒 无机化学 纳米技术 化学 化学工程 氮化物 电极 有机化学 冶金 复合材料 工程类 物理化学 图层(电子) 复合数
作者
Ruiqing Liu,Lulu He,Yiran Liu,Jingyi Wu,Wenfeng Zhu,Kun Xie,Wenxiu Liu,Xiujing Lin,Li Shi,Shi Wang,Xiaomiao Feng,Yanwen Ma
出处
期刊:Materials Chemistry and Physics [Elsevier BV]
卷期号:315: 129045-129045 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.matchemphys.2024.129045
摘要

Lithium-sulfur (Li–S) batteries are considered as next-generation electrochemical energy storage system because of ultra-high theoretical energy density (2600 Wh kg−1). Although the carbonaceous hosts can effectively address the problems of poor conductivity and low sulfur loading of sulfur cathode, the commercial application of Li–S batteries is seriously hindered by the low volume energy density and catalytic conversion efficiency. This is primarily due to the low tap density and non-polar nature of carbonaceous materials. Here, multistep carbon/vanadium nitride (C/VN) frameworks with high aspect ratio were synthesized by impregnation-annealing-nitriding strategy. The metal-organic framework (MOF)-derived carbon possesses high specific surface area and rich porous structure, providing sufficient space for the uniform distribution of sulfur active material and VN catalysts. Meantime, the uniform loading VN nanoparticles in the derived carbon offer abundant active sites for the catalytic conversion of polysulfides. VN's outstanding catalytic activity and robust chemical polarity significantly promote the redox kinetics and effectively inhibit the excessive dissolution of polysulfides. The S@C/VN cathode reaches the discharge specific capacity of 622.9 mAh g−1 after 100 cycles at 0.5 C. Even at a large current density of 3 C, it can still deliver a discharge specific capacity of 370.3 mAh g−1 after 500 cycles.
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