Activation of the Radical‐Mediated Pathway and Facilitation of the Li2S Conversion by N‐Doped Carbon‐Embedded Ti1–xCoxN Nanowires as a Multifunctional Separator with a High Donor‐Number Solvent toward Advanced Lithium–Sulfur Batteries

兴奋剂 碳纤维 材料科学 促进 化学 无机化学 光电子学 复合材料 神经科学 复合数 生物
作者
Gwan Hyeon Park,Won‐Gwang Lim,Yun Ho Jeong,Song Kyu Kang,Minho Kim,Junhyuk Ji,Jungseub Ha,Sandya Rani Mangishetti,Su-Bin Kim,Yeji Park,Changshin Jo,Won Bae Kim
出处
期刊:Small structures [Wiley]
标识
DOI:10.1002/sstr.202400293
摘要

Electrolyte modification with a high donor‐number solvent is necessary to increase sulfur utilization, but it also presents poor compatibility with lithium metal. The amount of the solvent should be optimized to maximize sulfur utilization at the cathode and minimize side reactions with Li metal at the anode. An electrolyte solution comprising 1 vol% N , N ‐dimethylacetamide (DMA) in a 1,2‐dimethoxyethane (DME)/1,3‐dioxolane (DOL) co‐solvent demonstrated increased discharge capacity and reduced overpotential compared to DME/DOL and DMA/DOL. In addition to electrolyte, modification that creates radical‐mediated pathways from a high donor‐number solvent, long‐cycle performance is achieved by effectively mitigating the shuttling effect and enhancing reaction kinetics with an efficient electrocatalyst. Cobalt doping into TiN introduced an upshift of the d‐band center with ferromagnetic properties that suppressed the shuttling effect, activated radical‐mediated pathways, and facilitated the Li 2 S conversion. A multifunctional separator fabricated with N‐doped carbon‐embedded cobalt‐doped titanium nitride nanowires (NC‐Ti 0.95 Co 0.05 N NWs) under 1 vol% DMA electrolyte achieved a discharge capacity of 464.4 mA h g −1 even after 200 cycles at a decay rate of 0.093% per cycle through the synergistic effects of electrolyte and electrocatalyst modifications. This work highlights the importance of ferromagnetic catalysts with a high donor‐number solvent for lithium–sulfur (Li–S) batteries.

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