High-Entropy MXene as Bifunctional Mediator toward Advanced Li–S Full Batteries

多硫化物 材料科学 双功能 化学吸附 过电位 化学工程 石墨烯 电化学 阴极 介孔材料 阳极 电解质 纳米技术 电极 化学 吸附 物理化学 催化作用 生物化学 工程类
作者
Qi Liang,Sizhe Wang,Xiaomeng Lü,Xiaohua Jia,Jin Yang,Fei Liang,Qingyu Xie,Chao Yang,Ji Qian,Haojie Song,Renjie Chen
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (3): 2395-2408 被引量:145
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c10731
摘要

The development of high-energy-density Li–S batteries (LSBs) is still hindered by the disturbing polysulfide shuttle effect. Herein, with clever combination between "high entropy" and MXene, an HE-MXene doped graphene composite containing multiple element quasi-atoms as bifunctional mediator for separator modification (HE-MXene/G@PP) in LSBs is proposed. The HE-MXene/G@PP offers high electrical conductivity for fast lithium polysulfide (LiPS) redox conversion kinetics, abundant metal active sites for efficient chemisorption with LiPSs, and strong lipophilic characteristics for uniform Li+ deposition on lithium metal surface. As demonstrated by DFT theoretical calculations, in situ Raman, and DRT results successively, HE-MXene/G@PP efficiently captures LiPSs through synergistic modulation of the cocktail effect and accelerates the LiPSs redox reaction, and the lattice distortion effect effectively induces the homogeneous deposition of dendritic-free lithium. Therefore, this work achieves excellent long-term cycling performance with a decay rate of 0.026%/0.031% per cycle after 1200 cycles at 1 C/2 C. The Li||Li symmetric cell still maintains a stable overpotential after 6000 h under 40 mA cm–2/40 mAh cm–2. Furthermore, it delivers favorable cycling stability under 7.8 mg cm–2 and a low E/S ratio of 5.6 μL mg–1. This strategy provides a rational approach to resolve the sulfur cathode and lithium anode problems simultaneously.
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