Molecular ‘capturing’ and ‘seizing’ MoS2/TiN interlayers suppress polysulfide shuttling and self-discharge of Li–S batteries

多硫化物 材料科学 自放电 化学工程 纳米技术 电极 电池(电) 冶金 化学 量子力学 电解质 物理 工程类 物理化学 功率(物理)
作者
Muhammad Waqas,Yupei Han,Dongjiang Chen,Shamshad Ali,Cheng Zhen,Chao Feng,Botao Yuan,Jiecai Han,Weidong He
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:27: 333-341 被引量:77
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2020.02.015
摘要

With high energy density and low cost, lithium sulfur (Li–S) batteries own the potential to be next-generation electrochemical storage/conversion devices. However, their cyclic stability and life span are considerably impaired by polysulfide shuttling and self-discharge. Here, we design a microfiber glass filter-molybdenum disulfide/carbon-titanium nitride (μFGF-MoS2/C–TiN) interlayer for suppressing the shuttle of polysulfides and self-discharge of Li–S batteries. TiN in the interlayer molecularly captures high-order polysulfide Li2S8 with an adsorption energy up to −6.48 ​eV, the largest high-order polysulfide absorption value ever reported. The μFGF-MoS2 layer mechanically seizes polysulfides with interconnected torturous mesopores by functioning as a molecular sieve. With a sulfur loading of 4.5 ​mg ​cm−2, the Li–S batteries based on μFGF-MoS2/C–TiN exhibit remarkable over-1000-cycle stability with an only 0.05% capacity decay per cycle and deliver an initial discharge capacity of 1000 mAh g−1 at 1C. The self-discharge is alleviated with an insignificant 10.3% capacity loss after a 30-day rest.
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