First-principles explorations of Li2S@V2CT hybrid structure as cathode material for lithium‑sulfur battery

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作者
Pei Liang,Lin Zhang,Dan Wang,Xiao-lei Man,Haibo Shu,Le Wang,Houzhao Wan,Xiaoqing Du,Hao Wang
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:489: 677-683 被引量:42
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2019.06.033
摘要

Li2S-based cathodes have emerged as alternative cathode materials for lithium‑sulfur batteries, which could overcome many of technical challenges. Here, we fully investigate loading content of Li2S on the V2CTx hybrid structure as a cathode, the open circuit voltage profile during the charge/discharge process, and the Li+ transfer energy barrier on the V2CTx surface using first-principles method. Our results indicate that V2CO2 would be one of the most suitable candidates for lithium‑sulfur battery cathode. In Li2[email protected]2CO2 case, the lithium‑oxygen bonding prevents sulfur from retaining its stable cyclical structure before lithiation yielding a distribution of sulfur chains tightly bonded to MXenes surface. Analysis of electron localization function indicates that the Li2[email protected]2CO2 composite include not only the covalent bonds of SO, but also the ionic bonds of LiO, which make the strong binding for this configuration. Also, nudged elastic band calculations indicate that the migration of Li ion on the both V2CO2 and V2C is very fast with energy barrier of 0.24 eV for V2CO2, 0.34 eV for V2C, which also can insure a good charge/discharge rate performance of the lithium‑sulfur batteries. Finally, it might pave a way for the search of high-performance materials of energy storage devices.
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