Regulating Lithium Salt to Inhibit Surface Gelation on an Electrocatalyst for High-Energy-Density Lithium–Sulfur Batteries

化学 电催化剂 锂(药物) 无机化学 电解质 二甲氧基乙烷 阳离子聚合 盐(化学) 化学工程 电化学 电极 有机化学 物理化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Xi‐Yao Li,Shuai Feng,Zhao Chang-xin,Qian Cheng,Zi‐Xian Chen,Shu‐Yu Sun,Xiang Chen,Xue‐Qiang Zhang,Bo‐Quan Li,Jia‐Qi Huang,Qiang Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (32): 14638-14646 被引量:180
标识
DOI:10.1021/jacs.2c04176
摘要

Lithium-sulfur (Li-S) batteries have great potential as high-energy-density energy storage devices. Electrocatalysts are widely adopted to accelerate the cathodic sulfur redox kinetics. The interactions among the electrocatalysts, solvents, and lithium salts significantly determine the actual performance of working Li-S batteries. Herein, lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), a commonly used lithium salt, is identified to aggravate surface gelation on the MoS2 electrocatalyst. In detail, the trifluoromethanesulfonyl group in LiTFSI interacts with the Lewis acidic sites on the MoS2 electrocatalyst to generate an electron-deficient center. The electron-deficient center with high Lewis acidity triggers cationic polymerization of the 1,3-dioxolane solvent and generates a surface gel layer that reduces the electrocatalytic activity. To address the above issue, Lewis basic salt lithium iodide (LiI) is introduced to block the interaction between LiTFSI and MoS2 and inhibit the surface gelation. Consequently, the Li-S batteries with the MoS2 electrocatalyst and the LiI additive realize an ultrahigh actual energy density of 416 W h kg-1 at the pouch cell level. This work affords an effective lithium salt to boost the electrocatalytic activity in practical working Li-S batteries and deepens the fundamental understanding of the interactions among electrocatalysts, solvents, and salts in energy storage systems.
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