Rapid construction of highly-dispersed cobalt nanoclusters embedded in hollow cubic carbon walls as an effective polysulfide promoter in high-energy lithium-sulfur batteries

纳米团簇 多硫化物 材料科学 硫黄 化学工程 锂(药物) 纳米技术 碳纤维 纳米颗粒 电极 化学 复合材料 电解质 冶金 物理化学 复合数 内分泌学 工程类 医学
作者
Lin Sun,Yanxiu Liu,Kaiqiang Zhang,Feng Cheng,Ruiyu Jiang,Yangqing Liu,Jing Zhu,Zhong Jin,Huan Pang
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:15 (6): 5105-5113 被引量:29
标识
DOI:10.1007/s12274-022-4134-8
摘要

The ultrahigh specific energy density and low cost of lithium-sulfur batteries are suitable for the next generation of energy storage. However, the shuttle issue and sluggish conversion kinetics of polysulfides remain unsolved. Confining metal nanoclusters with strong polarity in conductive porous carbon is an effective strategy for tackling such knotty issues. Herein, we design and synthesize hollow cubic carbon embedded with highly dispersed cobalt nanoclusters as an effective sulfur reservoir for lithium sulfur batteries. The large cavity structure and well-dispersed cobalt nanoclusters, with uniform sizes near 11 nm, enable the hosting structure to hold the high sulfur loading, 70% capacity retention after 500 cycles at 2 C with a high sulfur loading of 6.5 mg·cm−2, effective stress release, accelerated polysulfide conversion, superior rate performance, strong physical confinement and chemical absorption capability. Further density functional theoretical calculations demonstrate that the well-dispersed cobalt nanoclusters in the hosting structure play a critical electrocatalytic role in boosting the capability of absorbing and converting polysulfides.
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