Oxygen Vacancies‐Rich CeO2–X Nanocrystalline Embedded in N‐Doped Carbon Matrix toward High‐Performance Lithium–Sulfur Batteries

材料科学 纳米晶材料 X射线光电子能谱 化学工程 氧气 硫黄 锂(药物) 纳米技术 化学 医学 工程类 内分泌学 有机化学 冶金
作者
Gongyu Wen,Qiangqiang Qiao,Yao Wang,Ke Yue,Huadong Yuan,Jianmin Luo,Yujing Liu,Jianwei Nai,Xinyong Tao
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (21): e2500848-e2500848 被引量:3
标识
DOI:10.1002/smll.202500848
摘要

Abstract The sluggish redox kinetics of lithium polysulfides (LiPSs) and their shuttle behavior are regarded as the key issues to the commercial application of lithium–sulfur (Li–S) batteries. Here, a novel LiPSs immobilizer and catalytic promoter is proposed by introducing oxygen‐vacancy‐rich cerium dioxide (CeO 2– X ) nanocrystalline embedded in a N‐doped carbon skeleton (CeO 2– X @NC) and investigated as a modified separator in Li–S batteries. Density functional theory calculations, UV– vis diffusion reflection spectra, and X‐ray photoelectron spectroscopy indicate that introducing oxygen vacancies can tailor the intrinsic electron band structure of CeO 2– X nanocrystalline, which is able to improve their electron and ion conductivity. This leads to enhanced polysulfides adsorption and realize targeted acceleration of redox conversion kinetics for LiPSs. In return, the sulfur cathodes based on CeO 2– X @NC demonstrate both stable long‐lifespan cyclability (over 1000 cycles at 4 C) and superior rate performance (up to 4 C). Additionally, a high areal capacity of 5.61 mAh cm −2 at a sulfur loading of 7.09 mg cm −2 is also achieved. This work underscores the imperative of incorporating defect and heterostructure engineering to enhance the fast charge–discharge capability and stability of Li–S batteries, offering a new approach for their potential applications.
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