Cobalt single atoms supported on N-doped carbon as an active and resilient sulfur host for lithium–sulfur batteries

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作者
Yijuan Li,Guilin Chen,Jirong Mou,Yanzhen Liu,Shoufeng Xue,Ting Tan,Wentao Zhong,Qiang Deng,Tao Li,Junhua Hu,Chenghao Yang,Kevin Huang,Meilin Liu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:28: 196-204 被引量:141
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2020.03.008
摘要

Lithium-sulfur chemistry is currently being explored as a mechanism for electricity storage because it promises high energy capacities and low costs. However, practical applications of lithium-sulfur batteries (LSBs) are severely limited by the short cycle life caused by the polysulfide shuttling (PSS) effect. Herein, we report on a PSS-resistant yet redox-active sulfur host containing N-doped carbon dodecahedra supported cobalt single atoms (denoted as Co–[email protected]) derived from a binary Co–Zn MOF-precursor. The results show that the sulfur cathode built on the Co–[email protected] is electrocatalytically active towards soluble-polysulfides-to-insoluble-Li2S conversion, thus mitigating the detrimental PSS effect. The LSB using this new sulfur host exhibits a 600-cycle stable operation with a capacity of 737 mAh g−1 at 1C and 2.0 ​mg ​cm−2 S-loading. At a higher sulfur loading of 5.0 ​mg ​cm−2, it can still deliver a high initial discharge capacity of 1069 mAh g−1 at 0.1C and maintain 400 mAh g−1 at 1C for 150 cycles. Theoretical analysis suggests that the Co–N4 moiety in the Co–[email protected] is fundamentally responsible for the observed activity and stability.
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