Enhanced Polysulfide Trapping and Conversion by Amorphous–Crystalline Heterostructured MnO2 Interlayers for Li-S Batteries

多硫化物 材料科学 无定形固体 煅烧 化学工程 硫黄 结晶 异质结 催化作用 电催化剂 化学吸附 纳米技术 电解质 电极 电化学 光电子学 物理化学 冶金 有机化学 化学 工程类
作者
Yating Gao,Xinyu Wang,Da‐Qian Cai,Shuyu Zhou,Shi‐Xi Zhao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (25): 30152-30160 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acsami.3c03566
摘要

The practical application of lithium-sulfur batteries (LSBs) is still hindered by several technical issues, including severe polysulfide shuttling and sluggish redox kinetics, which reduces the sulfur utilization and further results in low energy density. Herein, amorphous-crystalline heterostructured MnO2 (ACM) prepared through a simple calcination process was employed as the functional interlayer to play a double role as effective trapper and multifunctional electrocatalyst for LSBs. ACM not only combines the strong sulfur chemisorption of the amorphous MnO2 (AM) and fast Li+ transportation of the crystalline MnO2(CM) but also accelerates the interface charge transfer at the amorphous/crystalline interfaces. The LSBs with such unique interlayer exhibited an excellent rate performance of 1155.5 mAh·g-1 at 0.2 C and 692.9 mAh·g-1 at 3 C and a low decay rate of 0.071% per cycle over 500 cycles at 0.5 C. Even for a high sulfur loading of 5 mg·cm-2 at 0.1 C, a high capacity retention of 92.3% could also be achieved after 100 cycles. The concept of amorphous-crystalline heterostructures prepared by crystallization regulation might also be used for other electronic devices and catalyst designs.
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