Medium‐Entropy‐Alloy FeCoNi Enables Lithium–Sulfur Batteries with Superb Low‐Temperature Performance

材料科学 润湿 电解质 合金 腐蚀 化学工程 复合材料 电极 化学 工程类 物理化学
作者
Xiaowan Pang,Haitao Geng,Shaowen Dong,Baigang An,Shumin Zheng,Bao Wang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (5): e2205525-e2205525 被引量:75
标识
DOI:10.1002/smll.202205525
摘要

Abstract Lithium‐sulfur battery suffers from sluggish kinetics at low temperatures, resulting in serious polarization and reduced capacity. Here, this work introduces medium‐entropy‐alloy FeCoNi as catalysts and carbon nanofibers (CNFs) as hosts. FeCoNi nanoparticles are in suit synthesized in cotton‐derived CNFs. FeCoNi with atomic‐level mixing of each element can effectively modulate lithium polysulfides (LiPSs), multiple components making them promising to catalyze more LiPSs species. The higher configurational entropy endows FeCoNi@CNFs with extraordinary electrochemical activity, corrosion resistance, and mechanical properties. The fractal structure of CNFs provides a large specific surface area, leaving room for volume expansion and Li 2 S accumulation, facilitating electrolyte wetting. The unique 3D conductive network structure can suppress the shuttle effect by physicochemical adsorption of LiPSs. This work systematically evaluates the performance of the obtained Li 2 S 6 /FeCoNi@CNFs electrode. The initial discharge capacity of Li 2 S 6 /FeCoNi@CNFs reaches 1670.8 mAh g −1 at 0.1 C under ‐20 °C. After 100 cycles at 0.2 C, the capacity decreases from 1462.3 to 1250.1 mAh g −1 . Notably, even under ‐40 °C at 0.1 C, the initial discharge capacity of Li 2 S 6 /FeCoNi@CNFs still reaches 1202.8 mAh g −1 . After 100 cycles at 0.2 C, the capacity retention rate is 50%. This work has important implications for the development of low‐temperature Li‐S batteries.
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