Rational design of Co nano-dots embedded three-dimensional graphene gel as multifunctional sulfur cathode for fast sulfur conversion kinetics

硫黄 石墨烯 动力学 材料科学 催化作用 阴极 法拉第效率 纳米技术 储能 化学工程 电解质 化学 电极 冶金 有机化学 物理化学 物理 工程类 量子力学 功率(物理)
作者
Tongtao Wan,Shuming Liu,Changcheng Wu,Zhaoyang Tan,Shuanglong Lin,Xiaojie Zhang,Xiangchao Meng,Guihua Liu
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier]
卷期号:56: 132-140 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2020.07.057
摘要

Lithium-sulfur (Li-S) batteries hold great promises to serve as next-generation energy storage devices because of their high theoretical energy density and environmental benignity. However, the shuttle effect of the soluble lithium polysulfides (LiPS) and intrinsic insulating nature of sulfur lead to low sulfur utilization and coulombic efficiency, leading to poor cycling performance. The impeded charge transportation and retard LiPS catalytic conversion also endows the Li-S batteries with sluggish redox reaction, leading to unsatisfied rate capability. In this study, Co-based MOF material ZIF-67 is used as the precursor to prepare Co nano-dots decorated three-dimensional graphene aerogel as sulfur immobilizer. This porous architecture establishes a highly conductive interconnected framework for fast charge/mass transportation. The exposed Co nano-dots serve as active sites to strongly trap LiPS, which endows [email protected] with low decomposition energy barrier for fast LiPS conversion reaction and promote the completely Li2S catalytic transformation. Li-S cells based on the [email protected] cathode exhibits excellent cyclability and a high capacity retention rate of 91.1% in 100 cycles. This strategy offers a new direction to design sulfur immobilizer for accelerated LiPS conversion kinetics of Li-S batteries.
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