ZnO/ZnS heterostructure in N‐doped porous carbon for anchoring – diffusion – conversion of polysulfides for high‐performance lithium–sulfur batteries

材料科学 硫黄 异质结 兴奋剂 电解质 碳纤维 电化学 化学工程 催化作用 阴极 电极 光电子学 化学 复合数 复合材料 有机化学 冶金 工程类 物理化学
作者
Fei Wang,Rongwei Huang,Wenchang Han,Chunman Yang,Wenhao Yang,Peng Dong,Chaoling Wu,Yiyong Zhang,Xue Li,Yingjie Zhang
出处
期刊:Rare Metals [Springer Science+Business Media]
卷期号:43 (8): 3661-3676 被引量:24
标识
DOI:10.1007/s12598-024-02704-x
摘要

Abstract The shuttle effect of polysulfides is one of the key factors hindering the commercialization of lithium–sulfur batteries (LSBs). Owing to their high conductivity and advantageous structure, heterostructures can be used in sulfur fixation and catalysis of LSBs. In this study, a flower‐shaped ZnO/ZnS heterostructure on a nitrogen‐doped porous carbon (NPC) sulfur host was designed. The ZnO/ZnS heterostructure regulates the electronic structure of the material and exhibits higher metal‐like properties. Moreover, the ZnO/ZnS heterostructure combines the strong adsorption property of ZnO and the high catalytic ability of ZnS to realize the anchoring–diffusion–conversion of lithium polysulfides (LiPSs). Results reveal that the developed ZnO/ZnS@NPC/S cathode has excellent electrochemical performance in LSBs, achieving a high discharge specific capacity of 1365.3 mAh·g −1 at 0.1C and excellent rate capability (719 mAh·g −1 at 2C; the capacity decay rate is only 0.042% per cycle after 1000 cycles). Even under a high sulfur loading‐E/S (electrolyte/sulfur) ratio of 5.1 mg·cm −2 –6 μl·mg −1 , a high specific capacity of 723.7 mAh·g −1 is maintained after 60 cycles. This study provides a new strategy for a multifunctional sulfur host that can effectively alleviate the shuttle effect of LiPSs and improve the utilization of sulfur active substances.
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