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Erschienen in: Rare Metals 2/2024

14.11.2023 | Original Article

Cage-confinement synthesis of MoC nanoclusers as efficient sulfiphilic and lithiophilic regulator for superior Li–S batteries

verfasst von: Xing-Yuan Zhang, Mei-Na Lei, Shan Tian, Jian-Gan Wang

Erschienen in: Rare Metals | Ausgabe 2/2024

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Abstract

High-energy-density Li-S batteries are subjected to serious sulfur deactivation and short cycle lifetime caused by undesirable polysulfide shuttle effect and frantic lithium dendrite formation. In this work, a controllable cage-confinement strategy to fabricate molybdenum carbide (MoC) nanoclusters as a high-efficient sulfiphilic and lithiophilic regulator to mitigate the formidable issues of Li-S batteries is demonstrated. The sub-2 nm MoC nanoclusters not only guarantee robust chemisorption and fast electrocatalytic conversion of polysulfides to enhance the sulfur electrochemistry, but also homogenize Li+ flux to suppress the lithium dendrite growth. As a consequence, the MoC-modified separator endows the batteries with boosted reaction kinetics, promoted sulfur utilization, and improved cycling stability. A reversible capacity of 701 mAh·g−1 at a high rate of 5.0C and a small decay rate of 0.076% per cycle at 1.0C over 600 cycles are achieved. This study offers a rational route for design and synthesis of bifunctional nanoclusers with both sulfiphilicity and lithiophilicity for high-performance Li-S batteries.

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[30]
Zurück zum Zitat Li Y, Wang C, Wang W, Eng AYS, Wan M, Fu L, Mao E, Li G, Tang J, Seh ZW, Sun Y. Enhanced chemical immobilization and catalytic conversion of polysulfide intermediates using metallic Mo nanoclusters for high-performance Li-S batteries. ACS Nano. 2020;14(1):1148. https://doi.org/10.1021/acsnano.9b09135.CrossRef Li Y, Wang C, Wang W, Eng AYS, Wan M, Fu L, Mao E, Li G, Tang J, Seh ZW, Sun Y. Enhanced chemical immobilization and catalytic conversion of polysulfide intermediates using metallic Mo nanoclusters for high-performance Li-S batteries. ACS Nano. 2020;14(1):1148. https://​doi.​org/​10.​1021/​acsnano.​9b09135.CrossRef
[32]
[36]
Zurück zum Zitat Feng W, Yuan J, Gao F, Weng B, Hu W, Lei Y, Huang X, Yang L, Shen J, Xu D, Zhang X, Liu P, Zhang S. Piezopotential-driven simulated electrocatalytic nanosystem of ultrasmall MoC quantum dots encapsulated in ultrathin N-doped graphene vesicles for superhigh H2 production from pure water. Nano Energy. 2020;75:104990. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104990.CrossRef Feng W, Yuan J, Gao F, Weng B, Hu W, Lei Y, Huang X, Yang L, Shen J, Xu D, Zhang X, Liu P, Zhang S. Piezopotential-driven simulated electrocatalytic nanosystem of ultrasmall MoC quantum dots encapsulated in ultrathin N-doped graphene vesicles for superhigh H2 production from pure water. Nano Energy. 2020;75:104990. https://​doi.​org/​10.​1016/​j.​nanoen.​2020.​104990.CrossRef
[37]
Zurück zum Zitat Kou Z, Wang T, Gu Q, Xiong M, Zheng L, Li X, Pan Z, Chen H, Verpoort F, Cheetham AK, Mu S, Wang J. Rational design of holey 2D nonlayered transition metal carbide/nitride heterostructure nanosheets for highly efficient water oxidation. Adv Energy Mater. 2019;9(16):1803768. https://doi.org/10.1002/aenm.201803768.CrossRef Kou Z, Wang T, Gu Q, Xiong M, Zheng L, Li X, Pan Z, Chen H, Verpoort F, Cheetham AK, Mu S, Wang J. Rational design of holey 2D nonlayered transition metal carbide/nitride heterostructure nanosheets for highly efficient water oxidation. Adv Energy Mater. 2019;9(16):1803768. https://​doi.​org/​10.​1002/​aenm.​201803768.CrossRef
[42]
Zurück zum Zitat Yao Y, Wang H, Yang H, Zeng S, Xu R, Liu F, Shi P, Feng Y, Wang K, Yang W, Wu X, Luo W, Yu Y. A dual-functional conductive framework embedded with TiN-VN heterostructures for highly efficient polysulfide and lithium regulation toward stable Li–S full batteries. Adv Mater. 2020;32(6):1905658. https://doi.org/10.1002/adma.201905658.CrossRef Yao Y, Wang H, Yang H, Zeng S, Xu R, Liu F, Shi P, Feng Y, Wang K, Yang W, Wu X, Luo W, Yu Y. A dual-functional conductive framework embedded with TiN-VN heterostructures for highly efficient polysulfide and lithium regulation toward stable Li–S full batteries. Adv Mater. 2020;32(6):1905658. https://​doi.​org/​10.​1002/​adma.​201905658.CrossRef
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Metadaten
Titel
Cage-confinement synthesis of MoC nanoclusers as efficient sulfiphilic and lithiophilic regulator for superior Li–S batteries
verfasst von
Xing-Yuan Zhang
Mei-Na Lei
Shan Tian
Jian-Gan Wang
Publikationsdatum
14.11.2023
Verlag
Nonferrous Metals Society of China
Erschienen in
Rare Metals / Ausgabe 2/2024
Print ISSN: 1001-0521
Elektronische ISSN: 1867-7185
DOI
https://doi.org/10.1007/s12598-023-02455-1

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