Novel 2D bifunctional layered rare-earth hydroxides@GO catalyst as a functional interlayer for improved liquid-solid conversion of polysulfides in lithium-sulfur batteries

双功能 催化作用 石墨烯 锂(药物) 化学工程 复合数 电化学 密度泛函理论 氧化物 材料科学 硫黄 化学 无机化学 纳米技术 电极 有机化学 复合材料 物理化学 计算化学 医学 内分泌学 工程类
作者
Haodong Wang,Xiaoxu Lai,Chi Chen,Pei Shi,Houzhao Wan,Hao Wang,Xingguang Chen,Dan Sun
出处
期刊:Chinese Chemical Letters [Elsevier BV]
卷期号:: 108473-108473 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.cclet.2023.108473
摘要

The detrimental “shuttle effect” of lithium polysulfides (LiPSs) together with sluggish multi-order reaction kinetics are the main drawbacks hindering lithium-sulfur (Li-S) batteries from commercial success. Here, we first propose the implementability of layered rare-earth hydroxides (LREHs) in Li-S batteries to optimize electrochemical performance. In this work, a two-dimensional (2D) rare-earth-based composite constructed by the layered gadolinium hydroxy chloride [Gd2(OH)5(H2O)n]Cl nanoplates (LGdH NPs) and graphene oxide (GO) was designed as a sulfur immobilizer for Li-S batteries. Combining the experimental results and density functional theory (DFT) calculations, it's revealed that the LGdH@GO composite not only provides a strong anchoring of the intermediates during cycling, but also acts as an effective catalyst to accelerate the liquid-solid conversion of polysulfides. The Li-S batteries assembled by LGdH@GO modified separators delivered a superior rate performance with a specific capacity of 605.34 mAh/g at 5 C, as well as excellent cycle stability with a decay rate of 0.087% over 500 cycles at 2 C. This study provided a deep understanding of the mechanism to suppress the “shuttle effect” by the LREHs, and a guide to design effective functional interlayers for high-performance Li-S batteries with excellent electrocatalytic activity.
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