Carbon Quantum Dots–Modified Interfacial Interactions and Ion Conductivity for Enhanced High Current Density Performance in Lithium–Sulfur Batteries

材料科学 电导率 聚乙烯亚胺 阴极 电解质 硫黄 介电谱 电流密度 锂硫电池 电化学 循环伏安法 电池(电) 锂(药物) 碳纤维 化学工程 纳米技术 复合材料 电极 物理化学 复合数 冶金 功率(物理) 内分泌学 化学 工程类 物理 基因 医学 量子力学 生物化学 转染
作者
Yin Hu,Wei Chen,Tianyu Lei,Bin Zhou,Yu Jiao,Yichao Yan,Xinchuan Du,Jianwen Huang,Chunyang Wu,Xuepeng Wang,Yang Wang,Bo Chen,Jun Xu,Chao Wang,Jie Xiong
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (7) 被引量:128
标识
DOI:10.1002/aenm.201802955
摘要

Abstract Significant progress has achieved for developing lithium–sulfur (Li–S) batteries with high specific capacities and excellent cyclic stability. However, some critical issues emerge when attempts are made to raise the areal sulfur loading and increase the operation current density to meet the standards for various industrial applications. In this work, polyethylenimine‐functionalized carbon dots (PEI‐CDots) are designed and prepared for enhancing performance of the Li–S batteries with high sulfur loadings and operation under high current density situations. Strong chemical binding effects towards polysulfides and fast ion transport property are achieved in the PEI‐CDots‐modified cathodes. At a high current density of 8 mA cm −2 , the PEI‐CDots‐modified Li–S battery delivers a reversible areal capacity of 3.3 mAh cm −2 with only 0.07% capacity decay per cycle over 400 cycles at 6.6 mg sulfur loading. Detailed analysis, involving electrochemical impedance spectroscopy, cyclic voltammetry, and density functional theory calculations, is done for the elucidation of the underlying enhancement mechanism by the PEI‐CDots. The strongly localized sulfur species and the promoted Li + ion conductivity at the cathode–electrolyte interface are revealed to enable high‐performance Li–S batteries with high sulfur loading and large operational current.
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