Insight into the Effect of Boron Doping on Sulfur/Carbon Cathode in Lithium–Sulfur Batteries

材料科学 阴极 掺杂剂 碳纤维 化学吸附 电化学 锂(药物) 兴奋剂 介电谱 电导率 硫黄 化学工程 X射线光电子能谱 无机化学 复合材料 电极 吸附 有机化学 化学 复合数 光电子学 物理化学 冶金 医学 工程类 内分泌学
作者
Chunpeng Yang,Ya‐Xia Yin,Huan Ye,Kecheng Jiang,Juan Zhang,Yu‐Guo Guo
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:6 (11): 8789-8795 被引量:300
标识
DOI:10.1021/am501627f
摘要

To exploit the high energy density of lithium-sulfur batteries, porous carbon materials have been widely used as the host materials of the S cathode. Current studies about carbon hosts are more frequently focused on the design of carbon structures rather than modification of its properties. In this study, we use boron-doped porous carbon materials as the host material of the S cathode to get an insightful investigation of the effect of B dopant on the S/C cathode. Powder electronic conductivity shows that the B-doped carbon materials exhibit higher conductivity than the pure analogous porous carbon. Moreover, by X-ray photoelectron spectroscopy, we prove that doping with B leads to a positively polarized surface of carbon substrates and allows chemisorption of S and its polysulfides. Thus, the B-doped carbons can ensure a more stable S/C cathode with satisfactory conductivity, which is demonstrated by the electrochemical performance evaluation. The S/B-doped carbon cathode was found to deliver much higher initial capacity (1300 mA h g(-1) at 0.25 C), improved cyclic stability, and rate capability when compared with the cathode based on pure porous carbon. Electrochemical impedance spectra also indicate the low resistance of the S/B-doped C cathode and the chemisorption of polysulfide anions because of the presence of B. These features of B doping can play the positive role in the electrochemical performance of S cathodes and help to build better Li-S batteries.

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