Curtailing Carbon Usage with Addition of Functionalized NiFe2O4 Quantum Dots: Toward More Practical S Cathodes for Li–S Cells

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作者
Ning Li,Ting Meng,Lai Ma,Han Zhang,JiaJia Yao,Maowen Xu,Chang Ming Li,Jian Jiang
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Nature]
卷期号:12 (1) 被引量:36
标识
DOI:10.1007/s40820-020-00484-4
摘要

Abstract Smart combination of manifold carbonaceous materials with admirable functionalities ( like full of pores/functional groups, high specific surface area) is still a mainstream/preferential way to address knotty issues of polysulfides dissolution/shuttling and poor electrical conductivity for S-based cathodes. However, extensive use of conductive carbon fillers in cell designs/technology would induce electrolytic overconsumption and thereby shelve high-energy-density promise of Li–S cells. To cut down carbon usage, we propose the incorporation of multi-functionalized NiFe 2 O 4 quantum dots (QDs) as affordable additive substitutes. The total carbon content can be greatly curtailed from 26% (in traditional S/C cathodes) to a low/commercial mass ratio (~ 5%). Particularly, note that NiFe 2 O 4 QDs additives own superb chemisorption interactions with soluble Li 2 S n molecules and proper catalytic features facilitating polysulfide phase conversions and can also strengthen charge-transfer capability/redox kinetics of overall cathode systems. Benefiting from these intrinsic properties, such hybrid cathodes demonstrate prominent rate behaviors (decent capacity retention with ~ 526 mAh g −1 even at 5 A g −1 ) and stable cyclic performance in LiNO 3 -free electrolytes (only ~ 0.08% capacity decay per cycle in 500 cycles at 0.2 A g −1 ). This work may arouse tremendous research interest in seeking other alternative QDs and offer an economical/more applicable methodology to construct low-carbon-content electrodes for practical usage.
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