Optimizing potassium polysulfides for high performance potassium-sulfur batteries

多硫化物 硫黄 碳化钨 催化作用 材料科学 化学 化学工程 纳米技术 无机化学 冶金 电极 有机化学 物理化学 工程类 电解质
作者
Wanqing Song,Xinyi Yang,Tao Zhang,Zechuan Huang,Haozhi Wang,Jie Sun,Yunhua Xu,J.T. Ding,Wenbin Hu
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:7
标识
DOI:10.1038/s41467-024-45405-w
摘要

Potassium-sulfur batteries attract tremendous attention as high-energy and low-cost energy storage system, but achieving high utilization and long-term cycling of sulfur remains challenging. Here we show a strategy of optimizing potassium polysulfides for building high-performance potassium-sulfur batteries. We design the composite of tungsten single atom and tungsten carbide possessing potassium polysulfide migration/conversion bi-functionality by theoretical screening. We create two ligand environments for tungsten in the metal-organic framework, which respectively transmute into tungsten single atom and tungsten carbide nanocrystals during pyrolysis. Tungsten carbide provide catalytic sites for potassium polysulfides conversion, while tungsten single atoms facilitate sulfides migration thereby significantly alleviating the insulating sulfides accumulation and the associated catalytic poisoning. Resultantly, highly efficient potassium-sulfur electrochemistry is achieved under high-rate and long-cycling conditions. The batteries deliver 89.8% sulfur utilization (1504 mAh g
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