Separator Modified by Cobalt‐Embedded Carbon Nanosheets Enabling Chemisorption and Catalytic Effects of Polysulfides for High‐Energy‐Density Lithium‐Sulfur Batteries

材料科学 多硫化物 阴极 催化作用 锂硫电池 涂层 电化学 硫黄 电催化剂 化学工程 无机化学 电解质 分离器(采油) 纳米技术 电极 有机化学 化学 冶金 物理化学 工程类 物理 热力学
作者
Zhibin Cheng,Hui Pan,Jinqing Chen,Xueping Meng,Ruihu Wang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (32) 被引量:176
标识
DOI:10.1002/aenm.201901609
摘要

Abstract Lithium‐sulfur (Li‐S) batteries are considered to be one of the promising next‐generation energy storage systems. Considerable progress has been achieved in sulfur composite cathodes, but high cycling stability and discharging capacity at the expense of volumetric capacity have offset their advantages. Herein, a functional separator is presented by coating cobalt‐embedded nitrogen‐doped porous carbon nanosheets and graphene on one surface of a commercial polypropylene separator. The coating layer not only suppresses the polysulfide shuttle effect through chemical affinity, but also functions as an electrocatalyst to propel catalytic conversion of intercepted polysulfides. The slurry‐bladed carbon nanotubes/sulfur cathode with 90 wt% sulfur deliver high reversible capacity of 1103 mA h g −1 and volumetric capacity of 1062 mA h cm −3 at 0.2 C, and the freestanding carbon nanofibers/sulfur cathode provides a high discharging capacity of 1190 mA h g −1 and volumetric capacity of 1136 mA h cm −3 at high sulfur content of 78 wt% and sulfur loading of 10.5 mg cm −2 . The electrochemical performance is comparable with or even superior to those in the state‐of‐the‐art carbon‐based sulfur cathodes. The separator reported in this work holds great promise for the development of high‐energy‐density Li‐S batteries.
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