N, S‐Coordinated Co Single Atomic Catalyst Boosting Adsorption and Conversion of Lithium Polysulfides for Lithium‐Sulfur Batteries

多硫化物 杂原子 硫黄 锂硫电池 电解质 锂(药物) 吸附 阳极 化学 无机化学 化学工程 催化作用 材料科学 阴极 电极 有机化学 物理化学 工程类 内分泌学 医学 戒指(化学)
作者
Kun Liu,Xinyang Wang,Shuai Gu,Huimin Yuan,Feng Jiang,Yingzhi Li,Wen Tan,Qiurong Long,Jingjing Chen,Zhenghe Xu,Zhouguang Lu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (46): e2204707-e2204707 被引量:70
标识
DOI:10.1002/smll.202204707
摘要

Boosting reversible solid-liquid phase transformation from lithium polysulfides to Li2 S and suppressing the shuttling of lithium polysulfides from the cathode to the lithium anode are critical challenges in lithium-sulfur batteries. Here, sulfiphilic single atomic cobalt implanted in lithiophilic heteroatoms-dopped carbon (SACo@HC) matrix with a CoN3 S structure for high-performance lithium-sulfur batteries is reported. Density functional theory calculation and in situ experiments demonstrate that the optimal CoN3 S structure in SACo@HC can effectively improve the adsorption and redox conversion efficiency of lithium polysulfides. Consequently, the S-SACo@HC composite with sulfur loading of 80 wt% delivers a high capacity of 1425.1 mAh g-1 at 0.05 C and outstanding rate performance with 745.9 mAh g-1 at 4 C. Furthermore, a capacity of 680.8 mAh g-1 at 0.5 C with a low electrolyte/sulfur ratio (6 µL mg-1 ) can be achieved even after 300 cycles. With the harsh conditions of lean electrolyte (E/S = 4 µL mg-1 ) and high sulfur loading (5.4 mg cm-2 ), a superior area capacity of 5.8 mAh cm-2 can be obtained. This work contributes to building a profound understanding of the adsorption and interface engineering of lithium polysulfides and provides ideas to tackle the long-standing polysulfide shuttle problem of lithium-sulfur batteries.
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