Biomimetic Synthesis of VOx@C Yolk‐Shell Nanospheres and Their Application in LiS Batteries

材料科学 纳米颗粒 介孔材料 纳米技术 化学工程 壳体(结构) 蛋黄 涂层 复合材料 有机化学 生态学 生物 工程类 催化作用 化学
作者
Mingze Ji,Jie Ni,Xing Liang,Qian Cheng,Guohua Gao,Guangming Wu,Qiangfeng Xiao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (48) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/adfm.202206589
摘要

Abstract Many biological processes involve active transport where the desired substances can be transported against the concentration gradient with energy consumption. This feature is highly desirable for the synthesis of yolk‐shell structures using preformed capsules to efficiently encapsulate yolk materials. Here, the synthesis of VO x @C yolk‐shell nanospheres by biomimicking prey–predation of carnivorous Utricularia is reported. The high intrinsic frequency and superior mechanical properties of hollow mesoporous carbon spheres (HMCS) maintain their integrity during ultrasonication, making HMCS an ideal capsule. Numerical simulation elucidates that the encapsulation of the VO x nanoparticles is ascribed to the periodic change of pressure and the damping force generated from the relative motion between the mesoporous tunnel in the HMCS and VO x nanoparticles. The resulting VO x @C yolk‐shell nanospheres demonstrate promising application as a regenerative polysulfide‐scavenging layer (RSL) for high‐loading LiS batteries (≈5 mAh cm −2 ). As compared with the cells with a commercial Celgard polypropylene (PP) separator, those with a RSL present improved capacity retention from 467 to 860 mAh g −1 after 100 cycles, superior rate capability, and reduced impedance. This method provides an additional synthesis tool for yolk‐shell materials otherwise inaccessible by conventional methods with potential applications in energy storage and conversion devices.

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