Silica Hard Template Extracted from Semicoke Residue Toward the Hierarchical Porous Carbon Skeleton for Lithium–Sulfur Batteries

多孔性 硫黄 电化学 阴极 材料科学 碳纤维 氮气 化学工程 电极 化学 有机化学 复合材料 工程类 冶金 物理化学 复合数
作者
Wenxing Miao,Yangfei Hu,Jingjiang Liu,Xin Wang,Zhiyuan Liu,Hui Peng,Guofu Ma
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (15): 17493-17503
标识
DOI:10.1021/acsanm.4c02595
摘要

The nitrogen-doped porous carbon skeleton is considered one of the effective structures to improve the electrical conductivity of sulfur cathode materials and mitigate the shuttling of soluble lithium polysulfides (LiPSs) in Li–S batteries (LSBs) due to its outstanding electrical conductivity, electrochemical stability, and tunable pore size distribution. Here, we report a three-dimensional nitrogen-doped porous carbon skeleton (a-NC) with a high sulfur loading capacity (66.97%) as the sulfur host of LSBs through the combination of SiO2 microspheres extracted from oil shale semicoke residue as a hard template and urea–formaldehyde resin as a nitrogen-containing carbon precursor. This strategy can not only obtain a hierarchical porous carbon skeleton but also provide a high-value utilization approach for oil shale semicoke residue. The sulfur-loaded a-NC (S@a-NC) electrode obtained comparable performance to S@s-NC electrodes based on SiO2 templating agents prepared by the Stöber method. Specifically, the initial discharge capacity of 673 mAh g–1 at a high current density of 1 C, stabilized at 193.9 mAh g–1 after 400 cycles and an excellent cycling stability of 81.5% over the following 800 cycles, which is attributed to its interconnected and hierarchical pore feature limiting the unfavorable diffusion of LiPSs and the highly defective structure, enhances the adsorption performance for polysulfides.
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