Oxidation States Regulation of Cobalt Active Sites through Crystal Surface Engineering for Enhanced Polysulfide Conversion in Lithium–Sulfur Batteries

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作者
Rujian Xiao,Dan Luo,Jiayi Wang,Lu Han,Heng Ma,Eser Metin Akinoglu,Mingliang Jin,Xin Wang,Yongguang Zhang,Zhongwei Chen
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:9 (31): e2202352-e2202352 被引量:69
标识
DOI:10.1002/advs.202202352
摘要

In this work, unique Co3 O4 /N-doped reduced graphene oxide (Co3 O4 /N-rGO) composites as favorable sulfur immobilizers and promoters for lithium-sulfur (Li-S) batteries are developed. The prepared Co3 O4 nanopolyhedrons (Co3 O4 -NP) and Co3 O4 nanocubes mainly expose (112) and (001) surfaces, respectively, with different atomic configurations of Co2+ /Co3+ sites. Experiments and theoretical calculations confirm that the octahedral coordination Co3+ (Co3+ Oh ) sites with different oxidation states from tetrahedral coordination Co2+ sites optimize the adsorption and catalytic conversion of lithium polysulfides. Specially, the Co3 O4 -NP crystals loaded on N-rGO expose (112) planes with ample Co3+ Oh active sites, exhibiting stronger adsorbability and superior catalytic activity for polysulfides, thus inhibiting the shuttle effect. Therefore, the S@Co3 O4 -NP/N-rGO cathodes deliver excellent electrochemical properties, for example, stable cyclability at 1 C with a low capacity decay rate of 0.058% over 500 cycles, superb rate capability up to 3 C, and high areal capacity of 4.1 mAh cm-2 . This catalyst's design incorporating crystal surface engineering and oxidation state regulation strategies also provides new approaches for addressing the complicated issues of Li-S batteries.
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