Self‐Supported and Flexible Sulfur Cathode Enabled via Synergistic Confinement for High‐Energy‐Density Lithium–Sulfur Batteries

材料科学 阴极 硫黄 能量密度 电化学 锂硫电池 锂(药物) 纳米技术 化学工程 锂离子电池的纳米结构 无机化学 工程物理 电极 化学 冶金 物理化学 工程类 医学 内分泌学
作者
Zhuosen Wang,Jiadong Shen,Jun Liu,Xijun Xu,Zhengbo Liu,Renzong Hu,Lichun Yang,Yuezhan Feng,Jun Liu,Zhicong Shi,Liuzhang Ouyang,Yan Yu,Min Zhu,Yan Yu,Min Zhu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:31 (33): e1902228-e1902228 被引量:302
标识
DOI:10.1002/adma.201902228
摘要

Lithium-sulfur (Li-S) batteries have attracted much attention in the field of electrochemical energy storage due to their high energy density and low cost. However, the "shuttle effect" of the sulfur cathode, resulting in poor cyclic performance, is a big barrier for the development of Li-S batteries. Herein, a novel sulfur cathode integrating sulfur, flexible carbon cloth, and metal-organic framework (MOF)-derived N-doped carbon nanoarrays with embedded CoP (CC@CoP/C) is designed. These unique flexible nanoarrays with embedded polar CoP nanoparticles not only offer enough voids for volume expansion to maintain the structural stability during the electrochemical process, but also promote the physical encapsulation and chemical entrapment of all sulfur species. Such designed CC@CoP/C cathodes with synergistic confinement (physical adsorption and chemical interactions) for soluble intermediate lithium polysulfides possess high sulfur loadings (as high as 4.17 mg cm-2 ) and exhibit large specific capacities at different C-rates. Specially, an outstanding long-term cycling performance can be reached. For example, an ultralow decay of 0.016% per cycle during the whole 600 cycles at a high current density of 2C is displayed. The current work provides a promising design strategy for high-energy-density Li-S batteries.
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