Alveoli‐Inspired Carbon Cathodes with Interconnected Porous Structure and Asymmetric Coordinated Vanadium Sites for Superior Li‐S Batteries

多硫化物 催化作用 阴极 碳纤维 材料科学 硫黄 化学工程 吸附 纳米技术 化学 电解质 无机化学 电极 物理化学 有机化学 复合材料 复合数 工程类
作者
Rui Yan,Zhenyang Zhao,Ran Zhu,Min Wu,Xu Liu,Mohsen Adeli,Bo Yin,Chong Cheng,Shuang Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202404019
摘要

Accelerating sulfur conversion catalysis to alleviate the shuttle effect has become a novel paradigm for effective Li‐S batteries. Although nitrogen‐coordinated metal single‐atom (M‐N4) catalysts have been investigated, further optimizing its utilization rate and catalytic activities is urgently needed for practical applications. Inspired by the natural alveoli tissue with interconnected structure and well‐distributed enzyme catalytic sites on the wall for the simultaneously fast diffusion and in‐situ catalytic conversion of substrates, here, we proposed the controllable synthesis of bioinspired carbon cathode with interconnected porous structure and asymmetric coordinated V‐S1N3 sites for efficient and stable Li‐S batteries. The enzyme‐mimetic V‐S1N3 shows asymmetric electronic distribution and high tunability, therefore enhancing in‐situ polysulfide conversion activities. Experimental and theoretical results reveal that the high charge asymmetry degree and large atom radius of S in V‐S1N3 result in sloping adsorption for polysulfide, thereby exhibiting low thermodynamic energy barriers and long‐range stability (0.076% decay over 600 cycles).
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