Achieving a smooth “adsorption-diffusion-conversion” of polysulfides enabled by MnO2-ZnS p-n heterojunction for Li-S battery

异质结 吸附 化学工程 电池(电) 材料科学 扩散 纳米技术 化学 无机化学 光电子学 物理化学 量子力学 热力学 物理 工程类 功率(物理)
作者
Zhiyuan Chen,Jie Wu,Yunfei Yang,Lijing Yan,Xuehui Gao
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:666: 322-330 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.04.001
摘要

The commercial application of lithium-sulfur batteries is primarily impeded by the constant shuttling of soluble polysulfides and sluggish redox kinetics. Nowadays, the discovery of the heterojunction, which combines materials with diverse properties, offers a new perspective for overcoming these obstacles. Herein, a functional coating separator for the lithium-sulfur battery is designed using a MnO2-ZnS p-n heterojunction with a spontaneous built-in electric field (BIEF). The MnO2 nanowire provides suitable adsorption capacity for polysulfides, while the abundant reactive sites brought by ZnS ensure efficient conversion. Moreover, the BIEF significantly facilitates the migration of electrons and polysulfides at the MnO2-ZnS interface, enabling a smooth "adsorption-diffusion-conversion" reaction mechanism. By serving as both the adsorption module and catalytic sites, this BIEF allows batteries utilizing separators modified with MnO2-ZnS heterojunction to achieve an impressive initial capacity of 1511.1 mAh g−1 at 0.1C and maintain a capacity decay rate of merely 0.048 % per cycle at 2.0C after 1000cycles. Even when increasing sulfur loading to 9.4 mg cm−2 in lean electrolyte (5.4 μL mg−1), the battery still exhibits an ultrahigh areal capacity of 6.0 mAh cm−2 after 100 cycles.
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