Accelerating Liquid‐Solid Phase Polysulfide Conversion with Triphasic MoN Cubic ‐Co‐MoN Hexagonal Heterostructures for High‐Performance Li/Na‐S Batteries

多硫化物 材料科学 催化作用 二硫化钼 储能 异质结 电化学 硫黄 化学工程 能量转换 纳米技术 多孔性 相(物质) 电化学能量转换 阳极 能量转换效率 高能 无机化学
作者
Xingfu Quan,Zhongkai Huang,Liang Deng,Rong Yao,Qi Gao,Jingjing Xu,Shuangyi Liu,Kai Huang,Chaosheng Deng,Yuping Liu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:22 (25): e73112-e73112
标识
DOI:10.1002/smll.73112
摘要

ABSTRACT Lithium‐sulfur (Li‐S) batteries represent an attractive next‐generation energy storage technology owing to their high theoretical energy density. Simultaneously, room‐temperature sodium‐sulfur (RT Na‐S) batteries have emerged as promising candidates for large‐scale energy storage due to the low cost and high abundance of sodium resources. Nevertheless, their practical deployments are severely limited by the notorious polysulfide shuttle effect, sluggish reaction kinetics, and low sulfur utilization. And the liquid‐solid conversion is a critical bottleneck, as it represents 75% of the maximum theoretical value. To address this, we report a novel catalyst comprising cobalt‐doped molybdenum nitride, a triphasic porous heterostructured MoN Cubic ‐Co‐MoN Hexagonal (MoN C ‐Co‐MoN H ). This integrated catalyst operates with high efficiency, as it capitalizes on the inherent synergy between its constituents to regulate the kinetics of polysulfide adsorption, diffusion, and conversion. The electrochemical investigations, spectroscopic analysis, and theoretical calculations demonstrate that the MoN C ‐Co‐MoN H significantly enhances the efficiency of the conversion from Li 2 S 4 to Li 2 S, and reduces the energy barriers for both Li 2 S nucleation/decomposition. Accordingly, Li‐S batteries incorporating the MoN C ‐Co‐MoN H catalyst deliver a combination of high capacity (1557.4 mAh g −1 at 0.1 C, 93% sulfur utilization), excellent rate capability, and long‐term cycling stability. Impressively, this heterostructure also confers exceptional electrochemical properties to RT Na‐S batteries.
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