Copolymerization of Sulfur Chains with Vinyl Functionalized Metal−Organic Framework for Accelerating Redox Kinetics in Lithium−Sulfur Batteries

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作者
Qinghan Zeng,Xin Li,Wei Gong,Sijia Guo,Yuan Ouyang,Dixiong Li,Yingbo Xiao,Chao Tan,Lin Xie,Haibin Lu,Qi Zhang,Shaoming Huang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (21) 被引量:79
标识
DOI:10.1002/aenm.202104074
摘要

Abstract Lithium−sulfur batteries (LSBs) are regarded as one of the most promising candidates for energy storage devices. However, the severe shuttling effect of soluble polysulfides (PSs) limits its further application. Metal−organic frameworks (MOFs) have emerged as a new kind of sulfur host for their talents in confining and trapping PSs. However, the shuttle effect has not been fully stressed as a significant drawback for most MOFs that leads to sluggish redox kinetics, resulting in low specific capacity and short lifetime, especially at high sulfur loading. In this work, a MOF‐sulfur copolymer (CNT@UiO‐66‐V‐S) is elaborated by copolymerization of sulfur with vinyl functionalized MOFs. Systematic electrochemical experiments and in situ Raman spectroscopy analysis indicate that the cathode exhibits a radical reaction mechanism and can accelerates LiPSs conversion. The CNT@UiO‐66‐V‐S cathode delivers over 100% improved discharge capacity and lowers decay rate at both low and high (5.6 mg cm –2 ) sulfur loadings compared to the physically mixed MOF/S cathode. The strategy of MOF‐sulfur copolymerization provides a new solution for promoting reaction kinetics and tackling the shuttle effect, and is expected to inspire the design of advanced sulfur hosts applied for high‐performance LSBs.
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