In-situ adsorption and catalysis of polysulfide on Janus Ni3Fe−Fe2VO4 heterostructure for Li − S batteries

多硫化物 杰纳斯 吸附 原位 催化作用 异质结 化学工程 材料科学 化学 无机化学 电极 纳米技术 物理化学 工程类 有机化学 光电子学 电解质
作者
Haiquan Wang,Xingfa Chen,Huyi Yu,Xincheng Liang,Zhili Li,Mingxiang Hu,Le Yang,Panagiotis Tsiakaras,Shibin Yin
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:487: 150669-150669 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.150669
摘要

• One-to-one butted Ni 3 Fe−Fe 2 VO 4 heterostructure shows abundant heterointerface. • Close contact between two active sites realize the in-situ adsorption and catalysis of LiPSs . • Electron redistribution across the heterointerface enhances chemisorption and catalytic ability. • The Li − S battery suffers a capacity decay rate of 0.038% at low E/S ratio (5 μL mg −1 ). The shuttling effect of lithium polysulfides (LiPSs) and the sluggish redox reaction of sulfur prevent the practical applications of lithium−sulfur (Li−S) batteries. Herein, a Janus Ni 3 Fe−Fe 2 VO 4 heterostructure with a one-to-one butted configuration on carbon black (Ni 3 Fe−Fe 2 VO 4 /CB) is elaborately designed to realize the in-situ adsorption and catalysis of LiPSs . The special heterostructure shows a high concentration heterointerface and similar exposed surface area by optimizing the distribution and proportion of two kinds of active sites. Moreover, the covalent connection of Ni 3 Fe and Fe 2 VO 4 phases produces electron redistribution in the heterostructure which further increases the chemisorption and catalytic ability of Fe 2 VO 4 and Ni 3 Fe, respectively. It benefits the more efficient conversion for LiPSs. Battery with Ni 3 Fe−Fe 2 VO 4 /CB decorated separators remains 983.6 mAh g −1 after 500cycles at 0.2C, corresponding capacity decay rate of 0.028% per cycle, and high-rate capability of 877.5 mAh/g at 2.0C, which is 62.7% higher than battery with pristine polypropylene (PP) separators (539.5 mAh g −1 ). Even at the low E/S ratio (5 μL mg −1 ), it provides an excellent capacity decay rate of 0.038% per cycle over 500cycles, much lower than the pristine (0.109%). This work on heterostructure engineering offers an efficient spatial continuous reaction, which is valuable for integrating the adsorption and catalytic conversion processes for Li−S batteries.
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