Atomic Fe−N Doped Multi‐Cavity Hollow Carbon Nanoreactor as an Efficient Electrocatalyst for Lithium‐Sulfur Batteries

纳米反应器 催化作用 硫黄 锂(药物) 碳纤维 电催化剂 化学工程 纳米技术 材料科学 化学 兴奋剂 电极 光电子学 物理化学 电化学 有机化学 复合材料 医学 复合数 工程类 内分泌学
作者
Haodong Shi,Panpan Su,Cong Dong,Jian Liu,Zhong‐Shuai Wu
出处
期刊:Batteries & supercaps [Wiley]
卷期号:5 (8) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/batt.202200154
摘要

Abstract Lithium‐sulfur (Li−S) batteries have been highly praised for the key rechargeable batteries due to their numerous advantages. However, the sluggish conversion and shuttling effect of polysulfides restrict their practicality. Here we rationally design the multi‐cavity hollow carbon spheres doped with atomic Fe−N sites (Fe−N/MCHCS) as physically/chemically double‐confined catalytic nanoreactors for the efficient sulfur host materials. The Fe−N/MCHCS with hierarchical porous structure and high pore volume ensures the high loading mass, and the multi‐cavity structures significantly buffer the volume expansion of sulfur and enhance the electronic contact. Meanwhile, atomic Fe offers chemical binding site and efficiently catalyzes the conversion of polysulfides during cycling, thus immobilizing and alleviating the shutting effect of polysulfides. Consequently, the Fe−N/MCHCS nanoreactor based Li−S batteries deliver a long cycling life of 1135 mAh g −1 after 300 cycles at 0.5 C and high‐rate capability of 1055 mAh g −1 at 8 C. Even under practical conditions with a high sulfur mass loading of 5.0 mg cm −2 , a steady areal capacity of 4.85 mAh cm −2 is attained. This strategy combing multi‐cavity hollow carbon with single atom catalysis opens a reliable route to design highly stable and high‐performance Li−S batteries.
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