In situ N-doped CoS2 anchored on MXene toward an efficient bifunctional catalyst for enhanced lithium-sulfur batteries

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作者
Changyu Yang,Yang Li,Wenchao Peng,Fengbao Zhang,Xiaobin Fan
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:427: 131792-131792 被引量:74
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.131792
摘要

• The in-situ obtained heterostructure has a strong chemical bonding effect. • N doping improves the adsorption affinity and conductivity of the heterostructure. • The synergistic effect of heterostructure effectively enhances the catalytic conversion of polysulfides. • The heterostructure modified separator enables significant improvement in the Li-S battery. Lithium-sulfur (Li-S) batteries with high theoretical energy and power density offer a potential alternative for the development of electric vehicles and other applications. However, it suffers from the shuttle effect of lithium polysulfides (LiPSs) and sluggish chemistry reaction kinetics. Herein, a novel N-doped MXene-CoS 2 (denote as N-MX-CoS 2 ) nanohybrid is developed by a one-step in situ sulfidation strategy. Owing to the synergistic chemisorption of dopant nitrogen sites and polar CoS 2 nanoparticles, such nanohybrid ensures a high ability to adsorb LiPSs. The highly electrical conductivity of MXene substrate with an extended layered structure facilitates fast sulfur electrochemistry redox reaction. We provide a strategy for rational design and fully explore its synergy as an efficient bifunctional heterostructure, which achieves the “all-in-one” results. Consequently, the deliberately designed bifunctional nanohybrid achieves effective LiPSs immobilization and conversion, which address the deficiencies for Li-S batteries. The cell with N-doped MXene-CoS 2 modified separator exhibits high initial specific capacity (1031 mAh g −1 at 1 C), outstanding rate performance, and cycle stability (with a low decay rate of 0.052% per cycle at 1 C).
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