Anion-doped polypyrrole three-dimensional framework enables adsorption and conversion in lithium–sulfur batteries

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作者
Guowei Yu,Chen‐Yang Wang,Wenda Dong,Ya-Wen Tian,Zhaoyun Wang,Jingyi Lu,Pu Hu,Yong Liu,Min Yan,Yu Li,Zhitian Liu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:654 (Pt A): 201-211 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.10.033
摘要

Inhibiting the shuttle effect and propelling polysulfide conversion by introducing a suitable sulfur container has been proven as a promising strategy to enhance the cycle life of lithium-sulfur (Li-S) batteries. Here, a unique three-dimensional (3D) inter-connected framework assembled with SO42--doped polypyrrole (PPy-SO4) nanowires is proposed. The doping SO42- anion in a polymer skeleton could confine lithium polysulfides (LiPSs) by polar-polar interaction to inhibit the shuttle effect and enhance the conductivity of PPy to accelerate polysulfide conversion. Moreover, the electrostatic coupling between SO42- anion and Li+, as well as between -N+- and Sn2-, at polypyrrole /electrolyte interface can effectively regulate the redox kinetics of polysulfide. Besides, the inter-connected framework creates a large contact surface for sulfur and high-flux paths for electron transport. Consequently, the Li-S batteries assembled with PPy-SO4/S cathode exhibit a stable capacity of 501 mAh g-1 after 350 cycles at 1C, showing a low decay rate of 0.09% per cycle. Notably, the efficiency of the anion doping strategy is further verified in the pouch cell, realizing a capacity of 480 mAh g-1 after 250 cycles. This work illustrates that anion doping with rational structural design is a feasible solution to boost the electrochemical performance of Li-S batteries.
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