Bi‐Metallic Phosphide Electrocatalyst‐Integrated Li2S Cathode for High‐Performance Anode‐Free Li–S Batteries

磷化物 材料科学 阳极 阴极 电催化剂 金属 纳米技术 冶金 电极 电化学 电气工程 物理化学 工程类 化学
作者
Hyunki Sul,Arumugam Manthiram
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (48) 被引量:34
标识
DOI:10.1002/adfm.202408113
摘要

Abstract Sluggish redox kinetics and severe polysulfide shuttling are major hurdles for the commercialization of lithium–sulfur (Li–S) batteries. Transition‐metal compound catalysts offer a promising solution by providing excellent polysulfide adsorption capabilities, outstanding catalytic activities, and homogeneous nucleation control of Li 2 S 2 /Li 2 S. The electronic structure of transition‐metal sites in catalysts can also be fine‐tuned through bi‐metallic coupling, which can further improve the catalytic activities. In this study, bi‐metallic nickel molybdenum phosphide is co‐synthesized with Li 2 S and carbon through a carbothermal reduction process, forming a cathode composite (Li 2 S @ Ni x Mo y P z @ C). This process is not only advantageous for large‐scale manufacturing due to its simplicity, but also ensures homogeneous integration and distribution of the catalyst within the cathode composite. Furthermore, applying Li 2 S as an active material allows the creation of an anode‐free cell configuration, enhancing the overall cell energy density. The anode‐free cell with the Li 2 S @ Ni x Mo y P z @ C composite cathode demonstrates an outstanding capacity retention of 50% over 300 cycles at a negative‐to‐positive capacity (N/P) ratio of 1. Additionally, the bi‐metallic phosphide integrated Li 2 S cathode composite delivers a remarkable anode‐free pouch cell performance of 703 mA h g −1 (on Li 2 S basis) under the challenging conditions of an E/Li 2 S ratio of 4.5.
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