A Comprehensive Approach toward Stable Lithium–Sulfur Batteries with High Volumetric Energy Density

材料科学 硫黄 多硫化物 电解质 锂(药物) 阴极 阳极 电极 石墨烯 化学工程 电池(电) 复合数 复合材料 锂硫电池 纳米技术 冶金 热力学 物理 工程类 内分泌学 物理化学 功率(物理) 化学 医学
作者
Quanquan Pang,Xiao Liang,Chun Yuen Kwok,Joern Kulisch,Linda F. Nazar
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:7 (6) 被引量:302
标识
DOI:10.1002/aenm.201601630
摘要

A comprehensive approach is reported to construct stable and high volumetric energy density lithium–sulfur batteries, by coupling a multifunctional and hierarchically structured sulfur composite with an in‐situ cross‐linked binder. Through a combination of first‐principles calculations and experimental studies, it is demonstrated that a hybrid sulfur host composed by alternately stacking graphene and layered graphitic carbon nitride embraces high electronic conductivity as well as high polysulfide adsorptivity. It is further shown that the cross‐linked elastomeric binder empowers the hierarchical sulfur composites—multi‐microns in size—with the ability to form crack‐free and compact high‐loading electrodes using traditional slurry processing. Using this approach, electrodes with up to 14.9 mg cm −2 sulfur loading and an extremely low electrolyte/sulfur ratio as low as 3.5: 1 µL mg −1 are obtained. This study sheds light on the essential role of multifaceted cathode design and further on the challenges facing lithium metal anodes in building high volumetric energy density lithium–sulfur batteries.
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