Functional Carbons Remedy the Shuttling of Polysulfides in Lithium–Sulfur Batteries: Confining, Trapping, Blocking, and Breaking up

材料科学 阳极 多硫化物 扩散 吸附 硫黄 纳米技术 锂(药物) 化学工程 电化学 碳纤维 电极 有机化学 化学 复合材料 冶金 电解质 物理 工程类 内分泌学 物理化学 复合数 热力学 医学
作者
Huifa Shi,Wei Lv,Chen Zhang,Dawei Wang,Guowei Ling,Yan‐Bing He,Feiyu Kang,Quan‐Hong Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:28 (38) 被引量:181
标识
DOI:10.1002/adfm.201800508
摘要

Abstract Carbon materials are usually used as the sulfur host in rechargeable lithium–sulfur (Li–S) batteries that are considered as promising electrochemical energy storage systems. However, the “shuttling” caused by the soluble lithium polysulfides (LiPSs) formed by the reaction of Li and sulfur causes rapid capacity fade and low sulfur utilization, greatly hindering their practical use. The carbon materials can also be tailored to prevent LiPS shuttling because of their abundant porosity and controllable surface chemical properties, which are divided into four specific functions: confining, trapping, blocking, and breaking up. Confinement means physically confining the LiPSs in pores in the carbon while trapping refers to chemical adsorption on the carbon surface to restrict their diffusion and promote their transformation to insoluble Li 2 S 2 /Li 2 S. Blocking means placing a barrier in the cells to inhibit LiPS diffusion to the anode, while breaking up means decreasing the size of the sulfur moiety to increase its affinity with carbons. The advantages and disadvantages of functional carbons in relation to these four functions are summarized and the specific ways to achieve them are highlighted. The design of advanced carbons with synergistic functions is discussed and some perspectives on the future development of carbons in Li–S batteries are given.

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