Boosting lithium–sulfur battery performance using a phosphating nano-sulfur anchored on graphene framework anode

石墨烯 多硫化物 电解质 电化学 化学工程 材料科学 成核 硫黄 阳极 氧化物 法拉第效率 溶解 纳米技术 电极 化学 有机化学 物理化学 工程类 冶金
作者
Bin Wang,Xinyu Li,Yong Cheng,Yaping Zeng,Ling Liu,Yong Chen,Ming Li,Jianrong Xiao
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:553: 232269-232269 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.232269
摘要

The shuttle effect of the intermediate lithium polysulfide and low sulfur utilization rate are two core issues restricting the further development of lithium–sulfur batteries (LSBs). Herein, a hierarchical sandwich superstructure (abbreviate as P-NS/GQDs/MGO) compose of phosphating nano-sulfur (P-NS) particles disperse and anchor on monolayer graphene oxide (MGO) with graphene quantum dots (GQDs) as the intermediate phase is constructed by hydrothermal method under oxygen-assist atmosphere and apply to the cathodes of LSBs. Notably, the phosphating and the robustly anchored P-NS effectively restricts the dissolution of intermediates in ether-based electrolytes and boosts charge/ion transport, which promotes the redox kinetics and maintains the electrode integrity during electrochemical cycling. Moreover, GQDs can facilitate the formation of specific bonding environments and interfacial interactions, resulting in accelerate heterogeneous nucleation, which effectively prevents P-NS agglomeration and volume change, improves sulfur utilization. Density functional theory (DFT) calculations reveal that the synergy of strategies relate to phosphating and interfacial interactions lead to high energy density and ultra-long cycle life with specific discharge capacities of 1117 and 838 mAh g−1 at 0.1 and 1.68A g−1, respectively. The capacity decay rate per cycle is 0.041% after 1000 charge–discharge cycles at 1.68A g−1.
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