Efficient polysulfides trapping and redox enabled by Co/N-carbon implanted Li+-montmorillonite for advanced lithium-sulfur batteries

氧化还原 电解质 化学 化学工程 催化作用 分离器(采油) 无机化学 材料科学 电极 有机化学 物理化学 热力学 物理 工程类
作者
Yanfei Yang,Guilin Meng,Hongli Wang,Wankai Wang,Junping Zhang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:451: 138914-138914 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.138914
摘要

Li-S batteries are very promising next-generation energy storage systems due to their high theoretical capacity and energy density, but suffer from sluggish redox kinetics and serious polysulfides (PS) shuttle. Herein, Co/N-carbon implanted Li+-montmorillonite (Co/N[email protected]) is designed to inhibit PS shuttle and maximize PS redox kinetics in Li-S battery. The Co/N[email protected] 2D nanomaterial is fabricated by exfoliation of the Li-MMT nanosheets using melamine and Co(II)(acac)2, followed by one-step thermal reduction. The exfoliated Co/N[email protected] with high Li+ and electrical conductivity can expose abundant active sites for efficient PS adsorption via Co-S and Si-S and Li bonds and for fast PS electrocatalytic conversion via Co and CoNC catalytic active sites. The Co/N[email protected] modified PP (Co/N[email protected]@PP) separator with a thin Co/N[email protected] layer of 2.2 μm (0.3 mg cm−2 mass loading) features high Li+ conductivity, fast Li+ diffusion, superior electrolyte wettability as well as efficient PS trapping and fast PS redox kinetics as verified by various analytical techniques. Consequently, the Li-S battery with the Co/N[email protected]@PP separator shows high initial capacity (1447 mAh/g), good rate performance, excellent cycling stability (0.027 % capacity fade per cycle at 1C over 300 cycles) and ultralow self-discharge.
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