Long and Short Chain Selective Catalytic Conversion of Polysulfides Using Bimetallic Oxides Catalyst of In2o3@Nc-Co3o4 with Nitrogen-Doped Carbon for Lithium-Sulfur Cathode Materials

双金属片 催化作用 硫黄 碳纤维 锂(药物) 阴极 氮气 无机化学 材料科学 兴奋剂 化学 化学工程 有机化学 冶金 物理化学 复合材料 医学 光电子学 复合数 工程类 内分泌学
作者
Tiancheng Wang,Furan Wang,Zehao Shi,Shengrui Cui,Zengqi Zhang,Wei Liu,Yongcheng Jin
标识
DOI:10.2139/ssrn.4681255
摘要

Lithium-sulfur (Li-S) battery is a promising energy storage technology due to its high energy density, however, severe shuttling effect and sluggish redox kinetics of lithium polysulfides (LiPSs) deteriorate the electrochemical performance of Li-S batteries. Herein, a novel sulfur host material, In2O3@NC-Co3O4, composed of nitrogen-doped carbon (NC) and bimetallic oxides catalysts (In2O3 and Co3O4), has been designed to regulate LiPSs conversion synergistically. This design leads to significant enhancement in the electrochemical performance of Li-S batteries at both room-temperature and low-temperature. Specifically, the introduction of NC improved the electron transport of the materials and enhanced the electrochemical performance. Furthermore, the polar In2O3 and Co3O4 anchor both long and short chain LiPSs, and catalyze long-chain and short-chain LiPSs respectively. Consequently, the assembled Li-S battery with In2O3@NC-Co3O4 cathode materials delivered excellent discharge capacity of 1042.4 mAh g-1 at 1C, and high capacity retention of 85.1% after 500 cycles. Impressively, the In2O3@NC-Co3O4 cathode displays superior performances at high current density and low temperature due to the enhanced redox kinetics, delivering 756 mAh g-1 at 2 C and room temperature and 755 mAh g-1 at 0.1 C and -20 °C. This study presents a feasible approach for synergistically catalyzing LiPSs conversion and facilitates the development of Li-S battery for low-temperature energy storage devices.

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