Enhanced kinetics and efficient activation of sulfur by ultrathin MXene coating S-CNTs porous sphere for highly stable and fast charging lithium-sulfur batteries

阴极 硫黄 化学工程 电解质 成核 涂层 动力学 材料科学 催化作用 化学 多孔性 复合数 纳米技术 电极 复合材料 冶金 有机化学 物理化学 工程类 物理 量子力学
作者
Hao Wang,Shuang He,Zhe Cui,Chaoting Xu,Jinqi Zhu,Qian Liu,Guanjie He,Wei Luo,Rujia Zou
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:420: 129693-129693 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.129693
摘要

The main challenges associated with Li-S batteries are relatively unsatisfactory cycling performance, sluggish reaction kinetics and poor utilization of sulfur cathodes especially under high current densities. Here, 3D [email protected] cages are synthesized by a simple approach that solve these problems. The 3D cages with interconnected conductive networks can improve sulfur utilization, decrease inherent resistance and enhance reaction kinetics. The ultrathin MXene shell with high surface area and plenty of terminal functional groups can prevent the aggregation of MXene, increase chemical interactions and catalytic effect with sulfur species to promote the adsorption of lithium polysulfides and the nucleation of Li2S. Moreover, the porous S-CNT sphere with sulfur nanoparticles on the surface of CNTs can facilitate electron transport, electrolyte infiltration and accommodation sulfur swelling. As a result, the 3D [email protected] cage cathode delivers a high discharge capacity of 1375.1 mAh g−1 at 0.1C, high rate capacity (910.3 and 557.3 mAh g−1 at 1.0 and 8.0 C), and excellent cycling stability. Remarkably, the composite cathode shows almost no capacity decay (656.3 mAh g−1) at a high current density of 4.0C after 150cycles, which shows the best cycling stability reported to date among all other cathodes of Li-S batteries.
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