Improving Polysulfides Adsorption and Redox Kinetics by the Co <sub>4</sub> N Nanoparticle/N‐Doped Carbon Composites for Lithium‐Sulfur Batteries

材料科学 纳米颗粒 化学工程 阴极 吸附 阳极 催化作用 多硫化物 无机化学 硫黄 电极 电化学 碳纤维 纳米技术 锂(药物) 复合数 化学 复合材料 有机化学 物理化学 冶金 内分泌学 工程类 医学
作者
Kuikui Xiao,Jun Wang,Zhen Chen,Yuhong Qian,Zheng Liu,Lili Zhang,Xiaohua Chen,Jilei Liu,Xiaofeng Fan,Zexiang Shen
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:15 (25): 1901454-1901454 被引量:88
标识
DOI:10.1002/smll.201901454
摘要

Improved conductivity and suppressed dissolution of lithium polysulfides is highly desirable for high-performance lithium-sulfur (Li-S) batteries. Herein, by a facile solvent method followed by nitridation with NH3 , a 2D nitrogen-doped carbon structure is designed with homogeneously embedded Co4 N nanoparticles derived from metal organic framework (MOF), grown on the carbon cloth (MOF-Co4 N). Experimental results and theoretical simulations reveal that Co4 N nanoparticles act as strong chemical adsorption hosts and catalysts that not only improve the cycling performance of Li-S batteries via chemical bonding to trap polysulfides but also improve the rate performance through accelerating the conversion reactions by decreasing the polarization of the electrode. In addition, the high conductive nitrogen-doped carbon matrix ensures fast charge transfer, while the 2D structure offers increased pathways to facilitate ion diffusion. Under the current density of 0.1C, 0.5C, and 3C, MOF-Co4 N delivers reversible specific capacities of 1425, 1049, and 729 mAh g-1 , respectively, and retains 82.5% capacity after 400 cycles at 1C, as compared to the sample without Co4 N (MOF-C) values of 61.3% (200 cycles). The improved cell performance corroborates the validity of the multifunctional design of MOF-Co4 N, which is expected to be a potentially promising cathode host for Li-S batteries.
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