Dual‐Confinement Effect of Nanocages@Nanotubes Suppresses Polysulfide Shuttle Effect for High‐Performance Lithium–Sulfur Batteries

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作者
Bin Yue,Lili Wang,Ningyuan Zhang,Yunrui Xie,Wensheng Yu,Qianli Ma,Jinxian Wang,Guixia Liu,Xiangting Dong
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (16): e2308603-e2308603 被引量:53
标识
DOI:10.1002/smll.202308603
摘要

Abstract The shuttle effect of lithium polysulfides (LiPSs) severely hinders the development and commercialization of lithium–sulfur batteries, and the design of high‐conductive carbon fiber‐host material has become a key solution to suppress the shuttle effect. In this work, a unique Co/CoN‐carbon nanocages@TiO 2 ‐carbon nanotubes structure (NC@TiO 2 ‐CNTs) is constructed using an electrospinning and nitriding process. Lithium–sulfur batteries using NC@TiO 2 ‐CNTs as cathode host materials exhibit high sulfur utilization (1527 mAh g −1 at 0.2 C) and can still maintain a discharge capacity of 663 mAh g −1 at a high current density of 5 C, and the capacity loss is only 0.056% per cycle during 500 cycles at 1 C. It is worth noting that even under extreme conditions (sulfur‐loading = 90%, surface‐loading = 5.0 mg cm −2 (S) , and E/S = 6.63 µL mg −1 ), the lithium–sulfur batteries can still provide a reversible capacity of 4 mAh cm −2 . Throughdensity functional theory calculations, it has been found that the Co/CoN heterostructures can adsorb and catalyze LiPSs conversion effectively. Simultaneously, the TiO 2 can adsorb LiPSs and transfer Li + selectively, achieving dual confinement for the shuttle effect of LiPSs (nanocages and nanotubes). The new findings provide a new performance enhancement strategy for the commercialization of lithium–sulfur batteries.
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