Regulating Electronic Structure of Fe–N4 Single Atomic Catalyst via Neighboring Sulfur Doping for High Performance Lithium–Sulfur Batteries

材料科学 硫黄 兴奋剂 催化作用 分离器(采油) 吸附 氧化物 部分 电催化剂 石墨烯 纳米技术 氧化还原 无机化学 化学工程 物理化学 光电子学 电化学 冶金 电极 有机化学 化学 工程类 物理 热力学
作者
Longtao Ren,Jun Liu,Yajun Zhao,Yan Wang,Xiwen Lu,Mingyue Zhou,Guoxin Zhang,Wen Liu,Haijun Xu,Xiaoming Sun
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (12) 被引量:132
标识
DOI:10.1002/adfm.202210509
摘要

Abstract Constructing high performance electrocatalysts for lithium polysulfides (LiPSs) adsorption and fast conversion is the effective way to boost practical energy density and cycle life of rechargeable lithium–sulfur (Li–S) batteries, which have been regarded as the most promising next generation high energy density battery but still suffering from LiPSs shuttle effect and slow sulfur redox kinetics. Herein, a single atomic catalyst of Fe–N 4 moiety doping periphery with S (Fe–NSC) is theoretically and experimentally demonstrated to enhance LiPSs adsorption and facilitated sulfur conversion, due to more charge density accumulated around Fe–NSC configuration relative to bare Fe–N 4 moiety. Thereafter, the graphene oxide supported Fe–NSC catalyst (Fe–NSC@GO) is modified to the commercial separator through a simple slurry casting method. Thus, Li–S cells with Fe–NSC@GO modified separators display high discharge capacity and excellent cyclability, showing 1156 mAh g −1 at 1 C rate and a low capacity decay of only 0.022% per cycle over 1000 cycles. Even with a high sulfur loading of 5.1 mg cm −2 , the cell still delivers excellent cycling stability. This work provides a fresh insight into electrocatalyst structural tuning to improve the electrochemical performance of Li–S batteries.
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