Defect Engineering in a Multiple Confined Geometry for Robust Lithium–Sulfur Batteries

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作者
Kunyang Zou,Tengfei Zhou,Yuanzhen Chen,Xuyang Xiong,Weitao Jing,Xin Dai,Ming Shi,Na Li,Junjie Sun,Shilin Zhang,Chaofeng Zhang,Yongning Liu,Zhanhu Guo
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (18) 被引量:98
标识
DOI:10.1002/aenm.202103981
摘要

Abstract The decay of lithium–sulfur (Li–S) batteries is mainly due to the shuttle effect caused by intermediate polysulfides (LiPSs). Herein, a multiple confined cathode architecture is prepared by filling graphitized Pinus sylvestris with carbon nanotubes and defective LaNiO 3− x (LNO‐V) nanoparticles. The composite electrode with high areal sulfur loading of 11.6 mg cm −2 shows a high areal specific capacity of 8.5 mAh cm −2 at 1 mA cm −2 (0.05 C). Both experimental results and theoretical calculations reveal that this unique structure not only provides physical restriction on LiPSs within microchannels but also offers strong chemical immobilization and catalytic conversion of LiPSs attributed to the spin density around oxygen vacancies of LaNiO 3− x . These oxygen vacancies elongate the SS and LiS bonds and make them easy to break. Furthermore, the lengthwise channels derived from cytoderm restrict the transverse diffusion of polysulfides, leading to a uniform areal current and thus homogeneous lithium infiltration. This suppresses the corrosion of the lithium anode due to polysulfides confinement. The discovery of the multiple confined structure that provides chemical adsorption, fast diffusion, and catalytic conversion for polysulfides can broaden the application of biomass materials and offer a new strategy to achieve robust Li–S batteries.
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