Molybdenum Boride as an Efficient Catalyst for Polysulfide Redox to Enable High‐Energy‐Density Lithium–Sulfur Batteries

多硫化物 电解质 材料科学 硫黄 氧化还原 能量密度 化学工程 催化作用 硼化物 无机化学 锂(药物) 电极 化学 工程物理 冶金 有机化学 物理化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Jiarui He,Amruth Bhargav,Arumugam Manthiram
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (40) 被引量:206
标识
DOI:10.1002/adma.202004741
摘要

Abstract Lithium–sulfur (Li–S) batteries, despite having high theoretical specific energy, possess many practical challenges, including lithium polysulfide (LiPS) shuttling. To address the issues, here, hydrophilic molybdenum boride (MoB) nanoparticles are presented as an efficient catalytic additive for sulfur cathodes. The high conductivity and rich catalytically active sites of MoB nanoparticles allow for a fast kinetics of LiPS redox in high‐sulfur‐loading electrodes (6.1 mg cm −2 ). Besides, the hydrophilic properties and good wettability toward electrolyte of MoB can facilitate electrolyte penetration and LiPS redox, guaranteeing a high utilization of sulfur under a lean‐electrolyte condition. Therefore, the cells with MoB achieve impressive electrochemical performance, including a high capacity (1253 mA h g −1 ) and ultralong lifespan (1000 cycles) with a low capacity fade rate of 0.03% per cycle. Also, pouch cells fabricated with the MoB additive deliver an ultrahigh discharge capacity of 947 mA h g −1 , corresponding to a low electrolyte‐to‐capacity ratio of about 4.8 µL (mA h) −1 , and remain stable over 55 cycles under practically necessary conditions with a low electrolyte‐to‐sulfur ratio of 4.5 µL mg −1 .

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