Multifunctional Ultrathin Ti3C2Tx MXene@CuCo2O4 /PE Separator for Ultra‐High‐Energy‐Density and Large‐Capacity Lithium‐Sulfur Pouch Cells

材料科学 阴极 分离器(采油) 化学工程 阳极 电解质 复合数 电极 复合材料 物理化学 热力学 物理 工程类 化学
作者
Zimo Huang,Yuhao Liang,Zhenhua Wu,Yang Kong,Maohui Bai,Meng Li,H. Bo,Taiyu Huang,Senchuan Huang,Hao Chen,Shanqing Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (1): e2410318-e2410318 被引量:33
标识
DOI:10.1002/adma.202410318
摘要

The shuttling of lithium polysulfides (LiPSs), sluggish reaction kinetics, and uncontrolled lithium deposition/stripping remain the main challenges in lithium-sulfur batteries (LSBs), which are aggravated under practical working conditions, i.e., high sulfur loading and lean electrolyte in large-capacity pouch cells. This study introduces a Ti3C2Tx MXene@CuCo2O4 (MCC) composite on a polyethylene (PE) separator to construct an ultrathin MXene@CuCo2O4/PE (MCCP) film. The MCCP functional separator can deliver superior LiPSs adsorption/catalysis capabilities via the MCC composite and regulate the Li+ deposition through a conductive Ti3C2Tx MXene framework, enhancing redox kinetics and cycling lifetime. When paired with sulfur/carbon (S/C) cathode and lithium metal anode, the resultant 10 Ah-level pouch cell with the ultrathin MCCP separator achieves an energy density of 417 Wh kg-1 based on the whole cell and a stable running of 100 cycles under practical operation conditions (cathode loading = 10.0 mg cm-2, negative/positive areal capacity ratio (N/P ratio) = 2, and electrolyte/sulfur weight ratio (E/S ratio) = 2.6 µL mg-1). Furthermore, through a systematic evaluation of the as-prepared Li-S pouch cell, the study unveils the operational and failure mechanisms of LSBs under practical conditions. The achievement of ultrahigh energy density in such a large-capacity lithium-sulfur pouch cell will accelerate the commercialization of LSBs.
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