Immobilization and Catalytic Conversion of Polysulfide by In‐Situ Generated Nickel in Hollow Carbon Fibers for High‐Rate Lithium–Sulfur Batteries

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作者
Ying Liu,Mingxu Li,Rong Yang,Qinglong Meng,Dong‐Ho Baek,Hyung‐Tae Lim,Jae‐Kwang Kim,Jou‐Hyeon Ahn
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:18 (2): e202401178-e202401178
标识
DOI:10.1002/cssc.202401178
摘要

Lithium-sulfur (Li-S) batteries are considered promising energy-storage systems because of their high theoretical energy density, low cost, and eco-friendliness. However, problems such as the shuttle effect can result in the loss of active materials, poor cyclability, and rapid capacity degradation. The utilization of a structural configuration that enhances electrochemical performance via dual adsorption-catalysis strategies can overcome the limitations of Li-S batteries. In this study, an integrated interlayer structure, in which hollow carbon fibers (HCFs) were modified with in-situ-generated Ni nanoparticles, was prepared by scalable one-step carbonization. Highly hierarchically porous HCFs act as the carbon skeleton and provide a continuous three-dimensional conductive network that enhances ion/electron diffusion. Ni nanoparticles with superior anchoring and catalytic abilities can prevent the shuttle effect and increase the conversion rate, thereby promoting the electrochemical performance. This synergistic effect resulted in a high capacity retention of 582 mAh g-1 at 1 C after 100 cycles, providing an excellent rate capability of up to 3 C. The novel structure, wherein Ni nanoparticles are embedded in cotton-tissue-derived HCFs, provides a new avenue for enhancing electrochemical performance at high C rates. This results in a low-cost, sustainable, and high-performance hybrid material for the development of practical Li-S batteries.
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