High‐Entropy Alloys to Activate the Sulfur Cathode for Lithium–Sulfur Batteries

阴极 材料科学 硫黄 无机化学 合金 多硫化物 化学 化学工程 电化学 电解质 电极 冶金 物理化学 工程类
作者
Zhenyu Wang,Hai-Lun Ge,Sheng Liu,Guoran Li,Xueping Gao
出处
期刊:Energy & environmental materials [Wiley]
卷期号:6 (3) 被引量:113
标识
DOI:10.1002/eem2.12358
摘要

Sulfur element possesses an ultrahigh theoretical specific capacity, while the utilization of sulfur in the whole cathode is lower obviously owing to the sluggish kinetics of sulfur and discharged products, limiting the enhancement on energy density of lithium–sulfur batteries. Herein, for the first time, Fe 0.24 Co 0.26 Ni 0.10 Cu 0.15 Mn 0.25 high‐entropy alloy is introduced as the core catalytic host to activate the electrochemical performance of the sulfur cathode for lithium–sulfur batteries. It is manifested that Fe 0.24 Co 0.26 Ni 0.10 Cu 0.15 Mn 0.25 high‐entropy alloy nanocrystallites distributed on nitrogen‐doped carbon exhibit high electrocatalytic activity toward the conversion of solid sulfur to solid discharged products across soluble intermediate lithium polysulfides. In particular, benefiting from the accelerated kinetics by high‐entropy alloy nanocrystallites and synergistic adsorption by nitrogen‐doped carbon, the cathode exhibits high reversible capacity of 1079.5 mAh g ‐cathode −1 (high utilization of 89.4%) with the whole cathode as active material, instead of sulfur element. Moreover, under both lean electrolyte (3 μL mg −1 ) and ultrahigh sulfur loading (27.0 mg cm −2 ) condition, the high discharge capacity of 868.2 mAh g ‐cathode −1 can be still achieved for the sulfur cathode. This strategy opens up a new path to explore catalytic host materials for enhancing the utilization of sulfur in the whole cathode for lithium–sulfur batteries.
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