A Mott–Schottky Heterogeneous Layer for Li–S Batteries: Enabling Both High Stability and Commercial‐Sulfur Utilization

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作者
Mengjiao Shi,Zheng Liu,Su Zhang,Shichuan Liang,Yuting Jiang,He Bai,Zimu Jiang,Jin Chang,Jing Feng,Wenshuai Chen,Haipeng Yu,Shouxin Liu,Tong Wei,Zhuangjun Fan
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (14) 被引量:113
标识
DOI:10.1002/aenm.202103657
摘要

Abstract Lithium–sulfur batteries (LSBs) are severely impeded by their poor cycling stability and low sulfur utilization due to the inevitable polysulfide shuttle effect and sluggish reaction kinetics. This work reports a Mott–Schottky RGO‐PANI/MoS 2 (RPM) heterogeneous layer modified separator for commercial‐sulfur‐based LSBs through the vertical growth of molybdenum sulfide (MoS 2 ) arrays on the polyaniline (PANI) in situ reduced graphene oxide (RGO). Due to the synergistic effects of the “reservoir” constructed by MoS 2 and RGO‐PANI, strong absorbability, high conductivity, and electrocatalytic activity, RPM exhibits a successive “trapping–interception–conversion” behavior toward lithium polysulfides. As a result, the LSBs assembled using a commercial‐sulfur as the cathode and RPM as modified layer exhibit high sulfur utilization (3.8 times higher than that of the unmodified separator at 5 C), excellent rate performance (553 mAh g −1 at 10 C), and outstanding high‐rate cycle stability (524 mAh g −1 after 700 cycles at 5 C). Moreover, even at a high sulfur loading of 5.4 mg cm −2 , a favorable areal capacity of 3.8 mAh cm −2 is still maintained after 80 cycles. Theoretical calculations elucidate that such a systematic strategy can effectively suppress the shuttling effect and boost the catalytic conversion of intercepted polysulfides. This work may provide a feasible strategy to promote the practical application of commercial‐sulfur‐based LSBs.
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