Development of high-energy non-aqueous lithium-sulfur batteries via redox-active interlayer strategy

氧化还原 多硫化物 阳极 电化学 阴极 硫黄 锂(药物) 水溶液 材料科学 化学工程 电极 无机化学 化学 有机化学 电解质 医学 物理化学 工程类 内分泌学 冶金
作者
Byong‐June Lee,Chen Zhao,Jeong-Hoon Yu,Taehun Kang,Hyean‐Yeol Park,Joonhee Kang,Yongju Jung,Xiang Liu,Tianyi Li,Wenqian Xu,Xiaobing Zuo,Gui‐Liang Xu,Khalil Amine,Jong‐Sung Yu
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:49
标识
DOI:10.1038/s41467-022-31943-8
摘要

Lithium-sulfur batteries have theoretical specific energy higher than state-of-the-art lithium-ion batteries. However, from a practical perspective, these batteries exhibit poor cycle life and low energy content owing to the polysulfides shuttling during cycling. To tackle these issues, researchers proposed the use of redox-inactive protective layers between the sulfur-containing cathode and lithium metal anode. However, these interlayers provide additional weight to the cell, thus, decreasing the practical specific energy. Here, we report the development and testing of redox-active interlayers consisting of sulfur-impregnated polar ordered mesoporous silica. Differently from redox-inactive interlayers, these redox-active interlayers enable the electrochemical reactivation of the soluble polysulfides, protect the lithium metal electrode from detrimental reactions via silica-polysulfide polar-polar interactions and increase the cell capacity. Indeed, when tested in a non-aqueous Li-S coin cell configuration, the use of the interlayer enables an initial discharge capacity of about 8.5 mAh cm-2 (for a total sulfur mass loading of 10 mg cm-2) and a discharge capacity retention of about 64 % after 700 cycles at 335 mA g-1 and 25 °C.
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