Embedding Cobalt Atom Clusters in CNT‐Wired MoS2 Tube‐in‐Tube Nanostructures with Enhanced Sulfur Immobilization and Catalyzation for Li–S Batteries

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作者
Zhiyuan Ma,Yi Liu,Jagadis Gautam,Wentao Liu,Aadil Nabi Chishti,Jie Gu,Guang Yang,Zhen Wu,Ju Xie,Ming Chen,Lubin Ni,Lubin Ni
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:17 (39) 被引量:58
标识
DOI:10.1002/smll.202102710
摘要

Abstract Lithium–sulfur batteries are one of the most promising next‐generation energy storage systems. The efficient interconversion between sulfur/lithium polysulfides and lithium sulfide is a performance‐determining factor for lithium–sulfur batteries. Herein, a novel strategy to synthesize a unique tube‐in‐tube CNT‐wired sulfur‐deficient MoS 2 nanostructure embedding cobalt atom clusters as an efficient polysulfide regulator is successfully conducted in Li−S batteries. It is confirmed that encapsulating MWCNTs into hollow porous sulfur‐deficient MoS 2 nanotubes embedded with metal cobalt clusters not only can accelerate electron transport and confine the dissolution of lithium polysulfide by physical/chemical adsorption, but also can catalyze the kinetics of polysulfide redox reactions. Based on DFT calculations, in situ spectroscopic techniques, and various electrochemical studies, catalytic effects of CNT/MoS 2 ‐Co nanocomposite in Li–S battery are deeply investigated for the first time. The CNT/MoS 2 –Co composite cathode exhibits a very remarkable rate capability (641 mAh g −1 at 5.0 C) and excellent cycling stability (capacity decay rate of 0.050% per cycle at 5.0 C) even at high sulfur mass loading of 3.6 mg cm −2 . More crucially, CNT/MoS 2 ‐Co tube‐in‐tube nanostructures present a superior specific capacity of 650 mAh g −1 in a Li–S pouch cell at 0.2 C (4.0 mg cm −2 ).
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