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Multi-Dimensional Composite Frame as Bifunctional Catalytic Medium for Ultra-Fast Charging lithium-Sulfur Battery

Nano-Micro Letters 2022年第12期14卷 91-105页

作者： Shuhao Tian Qi Zeng Guo Liu Juanjuan Huang Xiao Sun Di Wang Hongcen Yang Zhe Liu Xichao Mo Zhixia Wang Kun Tao Shanglong Peng National and Local Joint Engineering Laboratory for Optical Conversion Materials and Technology School of Materials and EnergyLanzhou UniversityLanzhou 730000People’s Republic of China School of Physical Science and Technology Lanzhou UniversityLanzhou 730000People’s Republic of China

The shuttle effect of soluble lithium polysulfides(LiPSs)between electrodes and slow reaction kinetics lead to extreme inefficiency and poor high current cycling stability,which limits the commercial application of Li-S batteries.Herein,the multi-dimensional composite frame has been proposed as the modified separator(MCCoS/PP)of Li-S battery,which is composed of CoS_(2) nanoparticles on alkali-treated MXene nanosheets and carbon nanotubes.Both experiments and theoretical calculations show that bifunctional catalytic activity can be achieved on the MCCoS/PP separator.It can not only promote the liquid-solid conversion in the reduction process,but also accelerate the decomposition of insoluble Li_(2)S in the oxidation process.In addition,LiPSs shuttle effect has been inhibited without a decrease in lithium-ion transference numbers.Simultaneously,the MCCoS/PP separator with good LiPSs adsorption capability arouses redistribution and fixing of active substances,which is also beneficial to the rate performance and cycling stability.The Li-S batteries with the MCCoS/PP separator have a specific capacity of 368.6 mAh g^(−1) at 20C,and the capacity decay per cycle is only 0.033%in 1000 cycles at 7C.Also,high area capacity(6.34 mAh cm^(−2))with a high sulfur loading(7.7 mg cm^(−2))and a low electrolyte/sulfur ratio(7.5μL mg^(−1))is achieved.

关键词： MXenes Transition metal sulfides lithium-ion transference Bifunctional catalysis Reaction kinetics

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