Two-dimensional biphenylene: a promising anchoring material for lithium-sulfur batteries

联苯 材料科学 锂(药物) 锚固 磷烯 密度泛函理论 结合能 化学物理 纳米技术 化学 复合材料 石墨烯 计算化学 原子物理学 物理 亚苯基 内分泌学 工程类 聚合物 医学 结构工程
作者
Hiba Aljayyousi,Muhammad Sajjad,Kin Liao,Nirpendra Singh
出处
期刊:Scientific Reports [Springer Nature]
卷期号:12 (1): 4653-4653 被引量:47
标识
DOI:10.1038/s41598-022-08478-5
摘要

Trapping lithium polysulfides (LiPSs) on a material effectively suppresses the shuttle effect and enhances the cycling stability of Li-S batteries. For the first time, we advocate a recently synthesized two-dimensional material, biphenylene, as an anchoring material for the lithium-sulfur battery. The density functional theory calculations show that LiPSs bind with pristine biphenylene insubstantially with binding energy ranging from -0.21 eV to -1.22 eV. However, defect engineering through a single C atom vacancy significantly improves the binding strength (binding energy in the range -1.07 to -4.11 eV). The Bader analysis reveals that LiPSs and S8 clusters donate the charge (ranging from -0.05 e to -1.12 e) to the biphenylene sheet. The binding energy of LiPSs with electrolytes is smaller than those with the defective biphenylene sheet, which provides its potential as an anchoring material. Compared with other reported two-dimensional materials such as graphene, MXenes, and phosphorene, the biphenylene sheet exhibits higher binding energies with the polysulfides. Our study deepens the fundamental understanding and shows that the biphenylene sheet is an excellent anchoring material for lithium-sulfur batteries for suppressing the shuttle effect because of its superior conductivity, porosity, and strong anchoring ability.
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