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Yolk–Shell Structured Assembly of Bamboo‐Like Nitrogen‐Doped Carbon Nanotubes Embedded with Co Nanocrystals and Their Application as Cathode Material for Li–S Batteries
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2017-12-08 , DOI: 10.1002/adfm.201705264
Seung-Keun Park 1 , Jung-Kul Lee 2 , Yun Chan Kang 1
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2017-12-08 , DOI: 10.1002/adfm.201705264
Seung-Keun Park 1 , Jung-Kul Lee 2 , Yun Chan Kang 1
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Despite their high theoretical specific capacity (1675 mA h g−1), the practical application of Li–S batteries remains limited because the capacity rapidly degrades through severe dissolution of lithium polysulfide and the rate capability is low because of the low electronic conductivity of sulfur. This paper describes novel hierarchical yolk–shell microspheres comprising 1D bamboo‐like N‐doped carbon nanotubes (CNTs) encapsulating Co nanoparticles (Co@BNCNTs YS microspheres) as efficient cathode hosts for Li–S batteries. The microspheres are produced via a two‐step process that involves generation of the microsphere followed by N‐doped CNTs growth. The hierarchical yolk–shell structure enables efficient sulfur loading and mitigates the dissolution of lithium polysulfides, and metallic Co and N doping improves the chemical affinity of the microspheres with sulfur species. Accordingly, a Co@BNCNTs YS microsphere‐based cathode containing 64 wt% sulfur exhibits a high discharge capacity of 700.2 mA h g−1 after 400 cycles at a current density of 1 C (based on the mass of sulfur); this corresponds to a good capacity retention of 76% and capacity fading rate of 0.06% per cycle with an excellent rate performance (752 mA h g−1 at 2.0 C) when applied as cathode hosts for Li–S batteries.
中文翻译：
嵌入钴纳米晶体的类似竹的氮掺杂碳纳米管的卵壳结构组装及其在锂电池中的阴极材料应用
尽管具有较高的理论比容量（1675 mA hg -1），Li-S电池的实际应用仍然受到限制，因为容量会由于多硫化锂的严重溶解而迅速降低，并且由于硫的电子电导率较低，因此倍率能力很低。本文介绍了新型的卵黄壳微球，它包含一维竹状N掺杂碳纳米管（CNT），包裹了Co纳米颗粒（Co @ BNCNTs YS微球），是Li-S电池的有效阴极主体。微球是通过两步过程生产的，该过程涉及微球的产生，然后是N掺杂的CNT的生长。卵黄-壳结构的分级结构可实现有效的硫装载并减轻多硫化锂的溶解，金属Co和N掺杂可改善微球与硫物种的化学亲和力。因此，在1 C的电流密度（基于硫的质量）下经过400次循环后-1；当用作Li–S电池的阴极主体时，这相当于具有76％的良好容量保持率和每周期0.06％的容量衰减率，以及出色的速率性能（2.0 C时为752 mA hg -1）。
更新日期：2017-12-08
中文翻译：
嵌入钴纳米晶体的类似竹的氮掺杂碳纳米管的卵壳结构组装及其在锂电池中的阴极材料应用
尽管具有较高的理论比容量（1675 mA hg -1），Li-S电池的实际应用仍然受到限制，因为容量会由于多硫化锂的严重溶解而迅速降低，并且由于硫的电子电导率较低，因此倍率能力很低。本文介绍了新型的卵黄壳微球，它包含一维竹状N掺杂碳纳米管（CNT），包裹了Co纳米颗粒（Co @ BNCNTs YS微球），是Li-S电池的有效阴极主体。微球是通过两步过程生产的，该过程涉及微球的产生，然后是N掺杂的CNT的生长。卵黄-壳结构的分级结构可实现有效的硫装载并减轻多硫化锂的溶解，金属Co和N掺杂可改善微球与硫物种的化学亲和力。因此，在1 C的电流密度（基于硫的质量）下经过400次循环后-1；当用作Li–S电池的阴极主体时，这相当于具有76％的良好容量保持率和每周期0.06％的容量衰减率，以及出色的速率性能（2.0 C时为752 mA hg -1）。
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