Quantum Spin Exchange Interactions to Accelerate the Redox Kinetics in Li–S Batteries

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作者
Yu Du,Weijie Chen,Yu Wang,Yue Yu,Kai Guo,Gan Qu,Jianan Zhang
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:16 (1) 被引量:21
标识
DOI:10.1007/s40820-023-01319-8
摘要

Abstract Spin-engineering with electrocatalysts have been exploited to suppress the “shuttle effect” in Li–S batteries. Spin selection, spin-dependent electron mobility and spin potentials in activation barriers can be optimized as quantum spin exchange interactions leading to a significant reduction of the electronic repulsions in the orbitals of catalysts. Herein, we anchor the MgPc molecules on fluorinated carbon nanotubes (MgPc@FCNT), which exhibits the single active Mg sites with axial displacement. According to the density functional theory calculations, the electronic spin polarization in MgPc@FCNT not only increases the adsorption energy toward LiPSs intermediates but also facilitates the tunneling process of electron in Li–S batteries. As a result, the MgPc@FCNT provides an initial capacity of 6.1 mAh cm −2 even when the high sulfur loading is 4.5 mg cm −2 , and still maintains 5.1 mAh cm −2 after 100 cycles. This work provides a new perspective to extend the main group single-atom catalysts enabling high-performance Li–S batteries.
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