Low temperature synthesis of hierarchically porous carbon host for durable lithium-sulfur batteries

碳化 硫黄 碳纤维 化学工程 多孔性 比表面积 材料科学 锂(药物) 化学 无机化学 催化作用 有机化学 扫描电子显微镜 复合材料 复合数 冶金 内分泌学 工程类 医学
作者
Zongbin Zhao,Wenjuan Yin,Hong Li,Yiming Jiao,Dongyuan Lei,Yuyun Li,Junming Guo,Wei Bai,Mingwu Xiang
出处
期刊:Microporous and Mesoporous Materials [Elsevier]
卷期号:337: 111946-111946 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.micromeso.2022.111946
摘要

Porous carbons with abundant pores and good conductivity are the dominant sulfur host in lithium sulfur batteries. Herein, a facile simultaneous activation/carbonization with inexpensive FeCl3 and ZnCl2 as activators is employed to prepare sucrose derived porous carbon at low temperature of 600 °C. The as-prepared carbon materials not only have partial graphitization due to the FeCl3 catalysis, but also show abundant hierarchical porous structure with high specific surface area of 2104 m2 g−1 and large pore volume of 1.29 cm3 g−1, whilst obtaining a high yield of about 30 wt%. When used to encapsulate sulfur, the abundant porous structure is conductive to immobilizing polysulfides and buffering volume effect during charge/discharge. Owing to these structure merits and good electrical conductivity, the corresponding porous carbon/sulfur cathode with a sulfur content of 53 wt% delivers high first discharge capacity of 811 mAh g−1 at 0.2C. Even with 75 wt% sulfur, the reversible capacity of 446 mAh g−1 are also obtained after 200 cycles at 0.2C. Especially, a durable long life of 1000 cycles with a low capacity decay of 0.035% per cycle can be achieved at 1C when the sulfur content is 45 wt%. This work provides a scientific foundation for preparing high-performance porous carbon applied in energy-related storage/conversion.
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