Porous Carbon/Borocarbonitride hybrid with enhanced tap density as a polar host for ultralong life Lithium-Sulfur batteries

化学工程 电解质 硫黄 吸附 阴极 碳纤维 纳米颗粒 材料科学 锂(药物) 化学 电极 电导率 纳米技术 无机化学 有机化学 复合材料 医学 物理化学 内分泌学 复合数 工程类
作者
Xiaofei Yu,Wen‐Cui Li,Bin He,Lei Shi,Fan Tang,Dong Yan,Dongqi Wang,An‐Hui Lu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:430: 132987-132987 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.132987
摘要

The severe shuttle effect and sluggish redox kinetics are the current bottlenecks of lithium-sulfur (Li-S) batteries, resulting in capacity fading and inferior rate performance, especially under the condition of high sulfur loading and low electrolyte/sulfur ratio (E/S). Herein, conductive carbon nanoparticles (Ketjen Black, KB) covered by borocarbonitride (BCN) are assembled into micro-sized particles to form a polar [email protected] hybrid, which is employed as a sulfur host with enhanced tap density via a facile intergrowth method. At a molecular level, BCN, endowed with abundant adsorption sites as the adsorbent and catalyst, can adsorb polysulfides and catalyze the conversion of polysulfides. On the nanometer scale, the BCN is loaded on the highly conductive KB nanoparticles, which can improve the conductivity of the hybrid (1786 S m−1), thereby improving the conversion of polysulfides. On the micrometer scale, the BCN and the KB nanoparticles together form micro-sized particles to improve the tap density, which is beneficial to build thick electrodes and reduce the amount of electrolyte. When applied as a sulfur cathode, [email protected] shows good cycling capability (a low-capacity decay of 0.05% after 800 cycles at 0.5C) and high rate performance (765 mA h g−1 at 3.0C). Even under a lean electrolyte condition (E/S = 5 μL mg−1), the [email protected] has a high initial capacity of 1266 mA h g−1 at 0.1C. Significantly, incorporating polar electrocatalysts with carbon matrix to form a high-density sulfur host through secondary granulation can provide a new insight for achieving high-performance Li-S batteries.
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