Tungsten‐Nitride‐Coated Carbon Nanospheres as a Sulfur Host for High‐Performance Lithium‐Sulfur Batteries

材料科学 硫黄 锂(药物) 电化学 化学工程 纳米棒 阴极 纳米技术 碳纤维 电池(电) 电极 复合数 氮化物 图层(电子) 化学 复合材料 冶金 功率(物理) 物理化学 内分泌学 工程类 物理 医学 量子力学
作者
Honghong Liu,Hangjia Shen,Rongrong Li,Siqi Liu,Ayse Turak,Minghui Yang
出处
期刊:ChemElectroChem [Wiley]
卷期号:6 (7): 2074-2079 被引量:18
标识
DOI:10.1002/celc.201900139
摘要

Abstract Lithium‐sulfur batteries have attracted wide attention, owing to their outstanding properties such as high theoretical specific capacity, low cost, and non‐toxic nature. However, the low conductivity of the sulfur cathode and its shuttling effects are still a challenge for the energy‐storage system. In this work, we describe a potential solution to address this challenge, using carbon nanospheres encapsulated in a tungsten nitride (WN) layer, interconnected with WN nanorods. After successfully synthesizing this composite in situ by using a straightforward method, we applied it as the sulfur host for lithium‐sulfur batteries. The results demonstrate a strong chemical trapping ability of the WN shell towards lithium polysulfides (LiPSs), and a strong electron‐transfer ability of the WN nanorods. Together, these effects alleviate LiPSs′ shuttling from carbon nanospheres (CNS) and give rise to a high sulfur content (70 wt %) in the as‐prepared S/WN‐CNS material. When compared to traditional S/N‐CNS electrodes, the tuned S/WN‐CNS cathodes deliver an outstanding electrochemical performance, including a high initial capacity of 1351 mAh g −1 at 0.1 C and superior long‐term cycling stability with 80 % retention of the initial capacity with 3 mg cm −2 after 500 cycles at 0.5 C. As such, a high specific capacity, excellent rate capacity, and long cycling stability are achieved. Our approach provides a path to a broad class of high‐performance Li‐S battery applications based on nanostructured WN materials.

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