3D porous carbon gel composite with transition metal particles for anchoring-diffusion-conversion of polysulfides for lithium–sulfur batteries

材料科学 化学工程 催化作用 过渡金属 多孔性 吸附 硫黄 阴极 复合数 电池(电) 碳纤维 氧化还原 锂(药物) 储能 电极 金属 电导率 电流密度 无机化学 纳米技术 锂离子电池的纳米结构 阳极 多孔介质 活性炭 锂硫电池
作者
Ying Wang,Bo Yang,Hao Yu,Dingxin Shuai,Xiuqiong Hu,Ying Zhang,Jiyue Hou,Yiyong Zhang,Yiyong Zhang,Yiyong Zhang
出处
期刊:Journal of Materiomics [Elsevier BV]
卷期号:12 (2): 101156-101156
标识
DOI:10.1016/j.jmat.2025.101156
摘要

Lithium-sulfur batteries (LSBs) exhibit high energy density and high theoretical specific capacity, approximately one order of magnitude higher than traditional lithium-ion batteries. However, the shuttling effect of lithium polysulfides (LiPSs) generated during the charge-discharge process severely compromises battery performance and hinders commercialization. In this paper, a 3D porous carbon gel sulfur host, M@rGO–PCG (M=Ni, Co), composed of transition metal particles and redox graphene, was fabricated through gelation and freeze-drying techniques. This material enhances the conductivity of the cathode, buffers the volume expansion of the electrode, and further accelerates the catalytic conversion of LiPSs. The assembled Ni@rGO–PCG/S and Co@rGO–PCG/S batteries deliver initial discharge specific capacities of 1390.0 mA·h·g −1 and 1603.6 mA·h·g −1 at a current rate of 0.1 C, respectively. The findings provide valuable insights into the synergistic suppression of the shuttling effect through multiple functions. • M@rGO–PCG (M=Ni, Co) were prepared by gelation and freeze-drying and used as hosts for sulfur cathodes. • M@rGO–PCG (M=Ni, Co) inhibiting LiPSs shuttling via physical confinement, chemical adsorption and catalytic sulfur fixation. • M@rGO–PCG/S (M=Ni, Co) cathodes exhibit superior cycling stability.

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