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Biotemplating Growth of Nepenthes-like N-Doped Graphene as a Bifunctional Polysulfide Scavenger for Li–S Batteries
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2018-09-11 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsnano.8b05246 Qiucheng Li , Yingze Song , Runzhang Xu 1 , Li Zhang , Jing Gao , Zhou Xia , Zhengnan Tian , Nan Wei , Mark H. Rümmeli , Xiaolong Zou 1 , Jingyu Sun , Zhongfan Liu 2
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2018-09-11 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsnano.8b05246 Qiucheng Li , Yingze Song , Runzhang Xu 1 , Li Zhang , Jing Gao , Zhou Xia , Zhengnan Tian , Nan Wei , Mark H. Rümmeli , Xiaolong Zou 1 , Jingyu Sun , Zhongfan Liu 2
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The practical application of lithium–sulfur (Li–S) batteries is hindered by their poor cycling stabilities that primarily stem from the “shuttle” of dissolved lithium polysulfides. Here, we develop a nepenthes-like N-doped hierarchical graphene (NHG)-based separator to realize an efficient polysulfide scavenger for Li–S batteries. The 3D textural porous NHG architectures are realized by our designed biotemplating chemical vapor deposition (CVD) approach via the employment of naturally abundant diatomite as the growth substrate. Benefiting from the high surface area, devious inner-channel structure, and abundant nitrogen doping of CVD-grown NHG frameworks, the derived separator favorably synergizes bifunctionality of physical confinement and chemical immobilization toward polysulfides, accompanied by smooth lithium ion diffusions. Accordingly, the batteries with the NHG-based separator delivers an initial capacity of 868 mAh g–1 with an average capacity decay of only 0.067% per cycle at 2 C for 800 cycles. A capacity of 805 mAh g–1 can further be achieved at a high sulfur loading of ∼7.2 mg cm–2. The present study demonstrates the potential in constructing high-energy and long-life Li–S batteries upon separator modification.
中文翻译：
生物模板生长的猪笼草状N掺杂石墨烯作为Li-S电池的双功能多硫化物清除剂
锂硫（Li–S）电池的实际应用因其循环稳定性差而受到阻碍，这主要归因于溶解多硫化锂的“穿梭”。在这里，我们开发了一种类似猪笼草的N掺杂分层石墨烯（NHG）基隔膜，以实现一种用于Li-S电池的高效多硫化物清除剂。3D纹理多孔NHG体系结构是通过我们设计的生物模板化学气相沉积（CVD）方法通过使用天然丰富的硅藻土作为生长基质。得益于高表面积，弯曲的内部通道结构以及CVD生长的NHG骨架的大量氮掺杂，派生的隔板有利地协同了物理限制和化学固定化对多硫化物的双重功能，并伴随着平滑的锂离子扩散。因此，带有基于NHG的隔板的电池可提供868 mAh g –1的初始容量，在2 C下连续800个循环，每个循环的平均容量衰减仅为0.067％。在约7.2 mg cm –2的高硫负荷下，可以进一步实现805 mAh g –1的容量。本研究表明，通过对隔板进行改造，可以构建高能量，长寿命的Li-S电池。
更新日期：2018-09-11
中文翻译：
生物模板生长的猪笼草状N掺杂石墨烯作为Li-S电池的双功能多硫化物清除剂
锂硫（Li–S）电池的实际应用因其循环稳定性差而受到阻碍，这主要归因于溶解多硫化锂的“穿梭”。在这里，我们开发了一种类似猪笼草的N掺杂分层石墨烯（NHG）基隔膜，以实现一种用于Li-S电池的高效多硫化物清除剂。3D纹理多孔NHG体系结构是通过我们设计的生物模板化学气相沉积（CVD）方法通过使用天然丰富的硅藻土作为生长基质。得益于高表面积，弯曲的内部通道结构以及CVD生长的NHG骨架的大量氮掺杂，派生的隔板有利地协同了物理限制和化学固定化对多硫化物的双重功能，并伴随着平滑的锂离子扩散。因此，带有基于NHG的隔板的电池可提供868 mAh g –1的初始容量，在2 C下连续800个循环，每个循环的平均容量衰减仅为0.067％。在约7.2 mg cm –2的高硫负荷下，可以进一步实现805 mAh g –1的容量。本研究表明，通过对隔板进行改造，可以构建高能量，长寿命的Li-S电池。
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