Cobalt-decorated carbon nanotube bottlebrushes for boosting polysulfide conversion in lithium-sulfur batteries

多硫化物 材料科学 碳纳米管 催化作用 化学工程 电化学 分离器(采油) 纳米技术 电解质 电极 化学 有机化学 工程类 物理化学 物理 冶金 热力学
作者
Junlong Huang,Kunyi Leng,Zongheng Cen,Ruliang Liu,Youlong Zhu,Shaohong Liu,Ruowen Fu,Dingcai Wu
出处
期刊:Science China. Materials [Springer Science+Business Media]
卷期号:66 (5): 1747-1756 被引量:14
标识
DOI:10.1007/s40843-022-2303-0
摘要

Developing superhierarchical carbon materials with multiple levels of structural hierarchy including porous structure, hybrid skeleton and/or topological morphology, is highly desirable to fulfill the demands of complex catalytic reactions in electrochemical energy storage and conversion systems. Herein, a class of hierarchical porous cobalt-decorated carbon nanotube bottlebrushes (Co/CNTBs) have been developed by controllably grafting hairy CNTs from the surface of a hybrid CNT backbone with Co nanoparticles as catalytic sites. The well-defined bottlebrush-like topology with hierarchically porous structure provides efficiently accessible surfaces/interfaces and highly conductive networks, while the Co-decorated hybrid skeleton promotes the reaction kinetics of sulfur redox conversion. As a result, an excellent rate capability of 707 mA h g−1 at 10 C and long-term cycling stability can be achieved for lithium-sulfur (Li-S) cells with Co/CNTBs-functionalized separators. Remarkably, the Li-S cell with Co/CNTBs-functionalized separator can deliver a high areal capacity of 4.81 mA h cm−2 after 100 cycles at 0.1 C with a sulfur loading of 6.72 mg cm−2. These findings may shed light on the facile in situ grafting strategy for the fabrication of high-performance superhierarchical carbon hybrids towards numerous challenging applications.

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