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nickel single atom overcoordinated active sites to accelerate the electrochemical reaction kinetics for Li-S cathode

引用

Journal of Energy Chemistry 2023年第3期78卷 203-210,I0006页

作者： Juan Zhu Xinyue Wang Tian Ke Mingji Jia Biyu Jin Yuanyuan Li Qiwei Yang Lanhui Ren Yongyuan Ren dangguo Cheng Jianguo Lu Xiang Gao Qinggang He Yang Hou Xiaoli Zhan Qinghua Zhang School of Chemical and Biological Engineering Zhejiang UniversityHangzhou 310027ZhejiangChina Institute of Zhejiang University-Quzhou Quzhou 324000ZhejiangChina School of Materials Science and Engineering Zhejiang UniversityHangzhou 310027ZhejiangChina

Lithium-sulfur(Li-S)batteries with high theoretical energy density are promising advanced energy storage devices.However,shuttling of dissolute lithium polysulfide(LiPSs)and sluggish conversion kinetics impede their applications.Herein,single nickel(ni)atoms on two-dimensional(2d)nitrogen(n)-doped carbon with ni-n_(4)-O overcoordinated structure(SAni-n_(4)-O/nC)are prepared and firstly used as a sulfur host of Li-S batteries.due to the efficient polysulfides traps and highly LiPSs conversion effect of SAni-n_(4)-O/nC,the electrochemical performance of Li-S batteries obviously improved.The batteries can well operate even under high sulfur loading(5.8 mg cm^(-2))and lean electrolyte(6.1μL mg^(-1))condition.Meanwhile,density functional theory(dFT)calculations demonstrate that ni single atom’s active sites decrease the energy barriers of conversion reactions from Li_(2)S_(8)to Li2S due to the strong interaction between SAni-n_(4)-O/nC and LiPSs.Thus,the kinetic conversion of LiPSs was accelerated and the shuttle effect is suppressed on SAni-n_(4)-O/nC host.This study provides a new design strategy for a 2d structure with single-atom overcoordinated active sites to facilitate the fast kinetic conversion of LiPSs for Li-S cathode.

关键词： nickel single atom catalyst ni-n_(4)-O sites 2d n-doped carbon Li-S batteries Shuttle effect

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