Niobium Diboride Nanoparticles Accelerating Polysulfide Conversion and Directing Li2S Nucleation Enabled High Areal Capacity Lithium–Sulfur Batteries

多硫化物 成核 材料科学 催化作用 硫黄 化学工程 纳米颗粒 阴极 过渡金属 锂(药物) 纳米技术 化学 冶金 物理化学 电极 电解质 有机化学 工程类 内分泌学 医学
作者
Bin Wang,Lu Wang,Bo Zhang,Suyuan Zeng,Fang Tian,Jianmin Dou,Yitai Qian,Liqiang Xu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (3): 4947-4960 被引量:88
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c01179
摘要

The shuttle effect of polysulfides and Li2S sluggish nucleation are the major problems hampering the further development of lithium-sulfur batteries. The reasonable design for sulfur host materials with catalytic function has been an effective strategy for promoting polysulfide conversion. Compared with other types of transition metal compounds, transition metal borides with high conductivity and catalytic capability are more suitable as sulfur host materials. Herein, a niobium diboride (NbB2) nanoparticle with abundant and high-efficiency catalytic sites has been synthesized by facile solid-phase reaction. The NbB2 with both high conductivity and catalytic nature could regulate 3D-nucleation and growth of Li2S, decrease the reaction energy barrier, and accelerate the transformation of polysulfides. Thus, the NbB2 cathode could retain a high capacity of 1014 mAh g-1 after 100 cycles. In addition, the high initial specific capacities of 703/609 mAh g-1 are also achieved at 5 C/10 C and could run for 1000/1300 cycles within a low decay rate of 0.057%/0.051%. Even with a high sulfur loading up to 16.5 mg cm-2, an initial areal capacity of 17 mAh cm-2 could be achieved at 0.1 C. This work demonstrates a successful method for enhancing the kinetics of polysulfide conversion and directing Li2S nucleation.
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