Regulating Polysulfide Transformation and Stabilizing Lithium Anode Using [PMo12O40]3− Cluster@Carbon Nanotube‐Modified Separator for Lithium‐Sulfur Batteries

多硫化物 阳极 分离器(采油) 材料科学 电化学 化学工程 成核 硫黄 纳米技术 无机化学 化学 电极 有机化学 物理化学 冶金 热力学 物理 工程类 电解质
作者
Zhou He,Zhiyuan Ma,Guang Yang,Xinyuan Jiang,Suqing Duan,Yuchao Wu,Li Wang,Lubin Ni,Ligang Feng,Guowang Diao
出处
期刊:Batteries & supercaps [Wiley]
卷期号:7 (4) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/batt.202300563
摘要

Abstract Lithium‐sulfur (Li−S) batteries emerge as compelling contenders for next‐generation energy‐storage devices, boasting a noteworthy mass‐specific energy of 2600 Wh kg −1 . However, the cycle stability and commercialization of Li−S batteries encounter challenges because of polysulfide shuttle and uncontrolled lithium dendrite growth. In this study, we present a polyoxometalates‐based dual‐function [PMo 12 O 40 ] 3− cluster@carbon nanotube modified polypropylene (PP) separator (PMo 12 @CNT/PP) to regulate polysulfide transformation and safeguard the lithium anode in Li−S batteries. Leveraging its multi‐electron redox properties and stable cluster structure, the PMo 12 cluster acts as a polysulfide mediator, effectively capturing and promoting electrochemical polysulfide transformation. The incorporation of CNT fosters consistent Li‐ion nucleation, stabilizes the lithium anode, and impedes dendrite formation throughout cycling. Hence, Li−S cells equipped with the PMo 12 @CNT/PP separator display higher capacity and better stability (675 mAh g −1 at 3.0 C and 0.02 % capacity decay per cycle over 700 cycles). The pouch cells with a sulfur loading 4.5 mg cm −2 exhibit an initial discharge specific capacity of 925 mAh g −1 at 0.1 C, and remain 849 mAh g −1 after 40 cycles, underscoring the significant potential for practical applications of Li−S batteries.
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