Semi-Immobilized Molecular Electrocatalysts for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries

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作者
Zhao Chang-xin,Xi‐Yao Li,Meng Zhao,Zixian Chen,Yun‐Wei Song,Weijing Chen,Jia‐Ning Liu,Bin Wang,Xue‐Qiang Zhang,Cheng‐Meng Chen,Bo‐Quan Li,Jia‐Qi Huang,Qiang Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (47): 19865-19872 被引量:250
标识
DOI:10.1021/jacs.1c09107
摘要

Lithium-sulfur (Li-S) batteries constitute promising next-generation energy storage devices due to the ultrahigh theoretical energy density of 2600 Wh kg-1. However, the multiphase sulfur redox reactions with sophisticated homogeneous and heterogeneous electrochemical processes are sluggish in kinetics, thus requiring targeted and high-efficient electrocatalysts. Herein, a semi-immobilized molecular electrocatalyst is designed to tailor the characters of the sulfur redox reactions in working Li-S batteries. Specifically, porphyrin active sites are covalently grafted onto conductive and flexible polypyrrole linkers on graphene current collectors. The electrocatalyst with the semi-immobilized active sites exhibits homogeneous and heterogeneous functions simultaneously, performing enhanced redox kinetics and a regulated phase transition mode. The efficiency of the semi-immobilizing strategy is further verified in practical Li-S batteries that realize superior rate performances and long lifespan as well as a 343 Wh kg-1 high-energy-density Li-S pouch cell. This contribution not only proposes an efficient semi-immobilizing electrocatalyst design strategy to promote the Li-S battery performances but also inspires electrocatalyst development facing analogous multiphase electrochemical energy processes.
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