Targeted Catalysis of the Sulfur Evolution Reaction for High‐Performance Lithium‐Sulfur Batteries

材料科学 催化作用 硫黄 化学工程 过渡金属 氧化物 锂(药物) 无机化学 化学 有机化学 冶金 工程类 内分泌学 医学
作者
Wenjia Qu,Ziyang Lu,Chuannan Geng,Li Wang,Yong Guo,Yibo Zhang,Weichao Wang,Wei Lv,Quan‐Hong Yang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (38) 被引量:65
标识
DOI:10.1002/aenm.202202232
摘要

Abstract The sluggish kinetics of the sulfur evolution reaction (SER) that occur because of the high oxidation barrier of Li 2 S causes low sulfur utilization and the poor rate performance of lithium–sulfur batteries. However, the design of the catalysts to solve this problem is still hard to achieve because it is difficult to precisely correlate the catalytic oxidation ability with the electronic structure. Here, a layer transition metal oxide, Na x Ti 0.5 Co 0.5 O 2 , is used as a model catalyst to probe such a correlation because it has a tunable electronic structure and good stability in the working potential window of Li–S batteries. By removing Na + , a partial phase change gradually increases the concentration of Co active sites while decreasing the work function with an upshift of the Fermi level, accelerating charge transfer on the catalyst surface and therefore improving its catalytic oxidation activity of Li 2 S. In particular, Na 0.7 Ti 0.5 Co 0.5 O 2 with two‐phases coexisting effectively lowers the activation potential of Li 2 S, leading to minimum polarization and excellent rate performance, and even at 5.0 C, the assembled cell has a high capacity of 615 mAh g −1 . This study indicates a way to optimize the electronic structure to enhance the SER, which is important for promoting the practical use of Li–S batteries.
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