Hierarchically Porous C/Fe3C Membranes with Fast Ion-Transporting Channels and Polysulfide-Trapping Networks for High-Areal-Capacity Li–S Batteries

多硫化物 电解质 材料科学 电极 纳米颗粒 阴极 电化学 化学工程 纳米孔 多孔性 硫黄 纳米技术 化学 复合材料 生物化学 物理化学 工程类 冶金
作者
Xiangcun Li,Yue Zhang,Shuting Wang,Yang Liu,Yu Ding,Gaohong He,Ning Zhang,Guihua Yu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:20 (1): 701-708 被引量:82
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b04551
摘要

We report here highly scalable yet stackable C/Fe3C membranes with fast ion-transport micro-/nanochannels and polysulfide-trapping networks via a facile phase-inversion process for high-areal-capacity Li–S batteries. The membrane cathodes with aligned channels and hierarchically porous networks significantly promote Li+ and electron transportation and meanwhile trap soluble polysulfide intermediates (LiPSs) effectively via strong chemical adsorption of the doped Fe3C nanoparticles in the membrane toward LiPSs. We further demonstrated that five-layer membrane electrodes with high S loading of 7.1 mg cm–2 were readily prepared via layer-by-layer stacking of the C/Fe3C membrane, which can deliver a high capacity of 726 mA h g–1 after 100 cycles, corresponding to an ultra-high-areal-capacity of 5.15 mA h cm–2 at a low electrolyte/sulfur (E/S) ratio of 6.4 μL mg–1. The scalable multifunctional membrane electrodes with excellent electrochemical performance under high-sulfur-loading and lean electrolyte conditions reveal its promising applications in practical Li–S batteries.
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