Seeding Co Atoms on Size Effect‐Enabled V2C MXene for Kinetically Boosted Lithium–Sulfur Batteries

材料科学 播种 硫黄 锂(药物) 化学工程 纳米技术 无机化学 热力学 冶金 医学 物理 工程类 内分泌学 化学
作者
Yingze Song,Yingjie Sun,Le Chen,Lixian Song,Qin Yang,Zixiong Shi,Liang Chen,Wenlong Cai
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (51) 被引量:33
标识
DOI:10.1002/adfm.202409748
摘要

Abstract Lithium‐sulfur (Li–S) batteries are facing a multitude of challenges, mainly pertaining to the sluggish sulfur redox kinetics and rampant lithium dendrite growth on the cathode and anode side, respectively. In this sense, MXene has shown conspicuous advantages in serving as a dual‐functional promotor for Li–S batteries throughout the morphologic engineering, but still suffers from poor electrocatalytic activity and insufficient lithophilic sites. Herein, atomically dispersed Co sites are seeded onto the size effect‐enabled V 2 C MXene spheres (Co‐VC), leading to the generation of unique coordination configurations and rich active sites. Electrochemical tests combined with synchrotron radiation X‐ray 3D nano‐computed tomography and theoretical calculations unravel that Co‐VC with optimal coordination environments simultaneously boost sulfur reaction kinetics and lithium nucleation. As a consequence, Li–S batteries with Co‐VC modified separator can sustain a stable operation over 700 cycles with negligible capacity decay at 1.0 C, and delivers an areal capacity of 9.0 mAh cm −2 and desired cyclic performance at a high sulfur loading of 7.6 mg cm −2 with a lean electrolyte dosage of 4.0 µL mg S −1 at 0.1 C. The work opens a new avenue for boosting atomic‐scale site design with the aid of 2D substrates toward pragmatic Li–S batteries.
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