Enhanced Sulfur Redox and Polysulfide Regulation via Porous VN-Modified Separator for Li–S Batteries

多硫化物 材料科学 氧化还原 多孔性 硫黄 分离器(采油) 化学工程 电解质 纳米技术 电极 无机化学 化学 复合材料 物理化学 热力学 冶金 工程类 物理
作者
Yingze Song,Shuyang Zhao,Yiran Chen,Qiang Cai,Jia Li,Quan‐Hong Yang,Jingyu Sun,Zhongfan Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (6): 5687-5694 被引量:137
标识
DOI:10.1021/acsami.8b22014
摘要

Lithium–sulfur (Li–S) batteries have now emerged as the next-generation rechargeable energy storage system because of the high energy density and theoretical capacity. However, the notorious "lithium polysulfide (LiPS) shuttle" and sluggish kinetics in sulfur redox have posted great threat to their practical applications. Herein, we develop a VN-modified separator as an effective promoter to regulate the LiPSs and accelerate the electrochemical kinetics of Li–S batteries. Benefiting from the dense packing structure and polar surface of porous VN, the VN-modified separator favorably synergizes bifunctionality of physical confinement and chemical entrapment toward LiPSs while affording smooth lithium-ion migration. In addition, the superb electrical conductivity of VN also propels the LiPS conversion. With these advantages, thus-integrated batteries with VN-modified separator exhibit an average capacity decay of 0.077% per cycle at 1 C for 800 cycles. A reasonable areal capacity of 4.2 mAh cm–2 is achieved even with a high sulfur mass loading of 3.8 mg cm–2 at 0.2 C. The present work offers a rational strategy to regulate the LiPS behavior and guide the sulfur redox kinetics toward effective and long-life Li–S batteries.
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