Accelerating polysulfides conversion by constructing Lewis acidic Mn-N4 single atomic sites for Li-S battery with high sulfur loading

电化学 电池(电) 化学 锂硫电池 硫黄 路易斯酸 无机化学 材料科学 催化作用 电极 物理化学 有机化学 热力学 物理 功率(物理)
作者
Ting Zhou,Jianneng Liang,Shenghua Ye,Zhao Xiao-juan,Xingyu Feng,Xiangzhong Ren,Shouwei Zuo,Lirong Zheng,Qianling Zhang,Jianhong Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:482: 148747-148747 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.148747
摘要

The shuttle effects of lithium polysulfides (LiPSs) and the sluggish conversion reaction between LiPSs and Li2S significantly limit the electrochemical performance of Li-S batteries. In this study, a unique structured single atomic Mn anchored on nitrogen-doped carbon black (SAMnN@C) is developed to address above challenges. Physical characterizations confirmed atomically dispersed Mn atoms were anchored on carbon by 4 N atoms forming a typical structure of planar Mn-N4. Li-S battery assembled by as-prepared SAMnN@C displayed a discharge capacity of 1400 mA h g-1 at 0.1C, and outstanding stability with a capacity decay rate of 0.052 % per cycle during 1000 cycles at 1C. Moreover, excellent electrochemical performances could be preserved even if the S mass loading increased to 5.7 mg cm−2 with ∼ 5 μL (mg S)-1 electrolyte. The mechanism studies revealed that SAMnN@C exhibited a unique Lewis acid-base interaction between Mn-N4 site and S atom, which significantly lowered the decomposition energy barrier of Li2S2, and eventually accelerated the sluggish solid-state conversion reaction of Li2S2 to Li2S. This study is believed to shed light on the mechanism of SACs for high performance Li-S batteries.
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