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Highly Dispersed Catalytic Co3S4 among a Hierarchical Carbon Nanostructure for High-Rate and Long-Life Lithium–Sulfur Batteries
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2019-03-20 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsnano.8b07843
Hui Zhang 1 , Mingchu Zou 1 , Wenqi Zhao 1, 2 , Yunsong Wang 1 , Yijun Chen 1 , Yizeng Wu 1 , Linxiu Dai 1 , Anyuan Cao 1
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2019-03-20 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsnano.8b07843
Hui Zhang 1 , Mingchu Zou 1 , Wenqi Zhao 1, 2 , Yunsong Wang 1 , Yijun Chen 1 , Yizeng Wu 1 , Linxiu Dai 1 , Anyuan Cao 1
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Lithium–sulfur (Li–S) batteries are next-generation energy storage systems with high energy density, and the rate performance is a very important consideration for practical applications. Recent approaches such as introducing catalytic materials to facilitate polysulfide conversion have been explored, yet the results remain unsatisfactory. Here, we present an optimized Li–S electrode featured by a large amount of highly dispersed Co3S4 nanoparticles (∼10 nm in size) throughout a hierarchical carbon nanostructure hybridized from ZIF-67 and carbon nanotube (CNT) sponge. This enables homogeneous distribution and close contact between infiltrated sulfur and Co3S4 nanoparticles within the ZIF-67-derived N-doped carbon nanocubes, leading to effective chemical interaction with polysulfides, maximum catalytic effect and enhanced lithium ion diffusion, while the built-in three-dimensional CNT network ensures high electrical conductivity of the electrode. As a consequence, the Li–S battery exhibits both extraordinary rate performance by maintaining a capacity of ∼850 mAh g–1 at very high charge/discharge rate (5 C) and long-term cycling stability with 85% retention after 1000 cycles at 5 C (an average capacity fading rate of only 0.0137% per cycle).
中文翻译：
高速率和长寿命锂硫电池分层碳纳米结构中的高度分散的催化Co 3 S 4
锂硫（Li–S）电池是具有高能量密度的下一代储能系统，速率性能是实际应用中非常重要的考虑因素。已经探索了诸如引入催化材料以促进多硫化物转化的最新方法，但是结果仍然不能令人满意。在这里，我们介绍了一种经过优化的Li-S电极，其特征是在从ZIF-67和碳纳米管（CNT）海绵杂交的整个碳纳米结构中，存在大量高度分散的Co 3 S 4纳米颗粒（尺寸约10 nm）。这使得浸渗的硫和Co 3 S 4之间均匀分布并紧密接触ZIF-67衍生的N掺杂碳纳米立方体中的纳米颗粒，导致与多硫化物的有效化学相互作用，最大的催化效果和增强的锂离子扩散，而内置的三维CNT网络确保了电极的高电导率。结果，Li-S电池通过在非常高的充电/放电速率（5 C）下保持约850 mAh g –1的容量，展现出非凡的速率性能，并在1000次循环中保持85％的长期循环稳定性。 5 C（每个周期的平均容量衰减率仅为0.0137％）。
更新日期：2019-03-20
中文翻译：
高速率和长寿命锂硫电池分层碳纳米结构中的高度分散的催化Co 3 S 4
锂硫（Li–S）电池是具有高能量密度的下一代储能系统，速率性能是实际应用中非常重要的考虑因素。已经探索了诸如引入催化材料以促进多硫化物转化的最新方法，但是结果仍然不能令人满意。在这里，我们介绍了一种经过优化的Li-S电极，其特征是在从ZIF-67和碳纳米管（CNT）海绵杂交的整个碳纳米结构中，存在大量高度分散的Co 3 S 4纳米颗粒（尺寸约10 nm）。这使得浸渗的硫和Co 3 S 4之间均匀分布并紧密接触ZIF-67衍生的N掺杂碳纳米立方体中的纳米颗粒，导致与多硫化物的有效化学相互作用，最大的催化效果和增强的锂离子扩散，而内置的三维CNT网络确保了电极的高电导率。结果，Li-S电池通过在非常高的充电/放电速率（5 C）下保持约850 mAh g –1的容量，展现出非凡的速率性能，并在1000次循环中保持85％的长期循环稳定性。 5 C（每个周期的平均容量衰减率仅为0.0137％）。
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