P‐Doped NiTe2 with Te‐Vacancies in Lithium–Sulfur Batteries Prevents Shuttling and Promotes Polysulfide Conversion

多硫化物 材料科学 电催化剂 硫黄 电解质 氧化还原 化学工程 兴奋剂 锂(药物) 无机化学 电化学 电极 化学 物理化学 冶金 医学 光电子学 工程类 内分泌学
作者
Weiqi Yao,Chengxiang Tian,Chao Yang,Jie Xu,Yufeng Meng,Ingo Manke,Nan Chen,Ziling Wu,Liang Zhan,Yanli Wang,Renjie Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (11) 被引量:239
标识
DOI:10.1002/adma.202106370
摘要

Lithium-sulfur (Li-S) batteries have been hindered by the shuttle effect and sluggish polysulfide conversion kinetics. Here, a P-doped nickel tellurium electrocatalyst with Te-vacancies (P⊂NiTe2-x ) anchored on maize-straw carbon (MSC) nanosheets, served as a functional layer (MSC/P⊂NiTe2-x ) on the separator of high-performance Li-S batteries. The P⊂NiTe2-x electrocatalyst enhanced the intrinsic conductivity, strengthened the chemical affinity for polysulfides, and accelerated sulfur redox conversion. The MSC nanosheets enabled NiTe2 nanoparticle dispersion and Li+ diffusion. In situ Raman and ex situ X-ray absorption spectra confirmed that the MSC/P⊂NiTe2-x restrained the shuttle effect and accelerated the redox conversion. The MSC/P⊂NiTe2-x -based cell has a cyclability of 637 mAh g-1 at 4 C over 1800 cycles with a degradation rate of 0.0139% per cycle, high rate performance of 726 mAh g-1 at 6 C, and a high areal capacity of 8.47 mAh cm-2 under a sulfur configuration of 10.2 mg cm-2 , and a low electrolyte/sulfur usage ratio of 3.9. This work demonstrates that vacancy-induced doping of heterogeneous atoms enables durable sulfur electrochemistry and can impact future electrocatalytic designs related to various energy-storage applications.
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