Self‐Supporting Carbon Nanofibers with Ni‐Single‐Atoms and Uniformly Dispersed Ni‐Nanoparticles as Scalable Multifunctional Hosts for High Energy Density Lithium‐Sulfur Batteries

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作者
Huayu Pei,Quan Yang,Jingkun Yu,Haoqiang Song,Siyuan Zhao,Geoffrey I. N. Waterhouse,Junling Guo,Siyu Lu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (27) 被引量:29
标识
DOI:10.1002/smll.202202037
摘要

The energy density of lithium-sulfur batteries (LSBs) is currently hampered by modest sulfur loadings and high electrolyte/sulfur ratios (E/S). These limitations can potentially be overcome using easy-to-infiltrate sulfur hosts with high catalytic materials. However, catalytic materials in such hosts are very susceptible to agglomeration due to the lack of efficient confinement in easy-to-infiltrate structures. Herein, using carbon dots as an aggregation limiting agent, the successful fabrication of self-supporting carbon nanofibers (CNF) containing Ni-single-atoms (NiSA ) and uniformly dispersed Ni-nanoparticles (NiNP ) of small sizes as multifunctional sulfur hosts is reported. The NiSA sites coordinated by such NiNP offer outstanding catalytic activity for sulfur reactions and CNF is an easy-to-infiltrate sulfur host with a large-scale preparation method. Accordingly, such hosts that can be prepared on a large scale enable sulfur cathodes to exhibit high sulfur utilization (66.5 mAh cm-2 at ≈0.02 C) and cyclic stability (≈86.1% capacity retention after 100 cycles at ≈0.12 C) whilst operating at a high sulfur loading (50 mg cm-2 ) and low E/S (5 µL mg-1 ). This work provides a blueprint toward practical LSBs with high energy densities.
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