Catalytic Conversion of Polysulfides on Single Atom Zinc Implanted MXene toward High‐Rate Lithium–Sulfur Batteries

材料科学 催化作用 阴极 电负性 成核 硫黄 锂(药物) 化学工程 氧化还原 无机化学 冶金 物理化学 有机化学 化学 工程类 内分泌学 医学
作者
Di Zhang,Shuai Wang,Riming Hu,Jianan Gu,Yanglansen Cui,Bin Li,Weihua Chen,Chuntai Liu,Jiaxiang Shang,Shubin Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (30) 被引量:201
标识
DOI:10.1002/adfm.202002471
摘要

Abstract Although lithium–sulfur (Li–S) batteries are one of the most promising energy storage devices owing to their high energy densities, the sluggish reaction kinetics and severe shuttle effect of the sulfur cathodes hinder their practical applications. Here, single atom zinc implanted MXene is introduced into a sulfur cathode, which can not only catalyze the conversion reactions of polysulfides by decreasing the energy barriers from Li 2 S 4 to Li 2 S 2 /Li 2 S but also achieve strong interaction with polysulfides due to the high electronegativity of atomic zinc on MXene. Moreover, it is found that the homogenously dispersed zinc atoms can also accelerate the nucleation of Li 2 S 2 /Li 2 S on MXene layers during the redox reactions. As a result, the sulfur cathode with single atom zinc implanted MXene exhibits a high reversible capacity of 1136 mAh g −1 . After electrode optimization, a high areal capacity of 5.3 mAh cm −2 , high rate capability of 640 mAh g −1 at 6 C, and good cycle stability (80% capacity retention after 200 cycles at 4 C) can be achieved.
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