A sulfur-rich copolymer hybrid cathode for anchoring polysulfides and accelerating redox reaction in lithium sulfur batteries

氧化还原 硫黄 阴极 共聚物 锚固 锂(药物) 材料科学 化学 无机化学 化学工程 有机化学 聚合物 工程类 医学 物理化学 结构工程 内分泌学
作者
Dan Liu,Xinmin Zhang,Yi‐Ting Wang,Xiaoguang Wang,Ying Han,Danchen Wang,Shengjing Guan,Haonan Weng,Haitao Xu,Changlong Sun,Yanjie Wang,Yan-Jie Wang,Yan-Jie Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:484: 149576-149576 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.149576
摘要

In lithium-sulfur batteries (LSBs), sulfur-rich copolymers have attracted wide attention due to the reduced dissolution of active material and alleviated self-discharge problem through the efficient chemical interaction between polysulfide and carbon. Herein, we present an effective strategy to encapsulate sulfur-rich copolymer into NiCo2S4 encapsulated hierarchical porous N/O dual-doped graphitic carbon nanocages (GCNs), named S-DIB@NiCo2S4@PDA@rGO-GCNs. The host NiCo2S4@PDA@rGO-GCNs matrix can not only provide the "lithiophilic"-rich polar sites and tight anchored LiPSn on the N/O dual-doped GCNs surface, and "sulfphilic" NiCo2S4 electrocatalyst for accelerated sulfur electrochemistry, but also offer abundant hierarchical pores for accommodating sulfur and cushioning its volume expansion. Both of the experimental and theoretical analyses reveal the S-DIB@NiCo2S4@PDA@rGO-GCNs possesses the strong chemisorptions and catalytic ability with the synergetic mechanism, suppressing the self-discharge problem. As a proof-of-concept study, the assembled LSBs cells show excellent discharge capacities of 486 and 324 mA h g−1 at 5C and 10C after 1000 cycles, respectively. The corresponding capacity loss rate is as low as 0.032 % and 0.030 % per cycle, respectively. Thanks to the exceptional lithiophilic and sulfiphilic characteristic, the LSBs pouch cell also demonstrates high cycling stability. The proposed hierarchical encapsulation strategy with synergetic chemisorptions and catalytic ability shows great potential for developing advanced electrodes for next-generation high-performance rechargeable batteries.
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