Understanding the degradation mechanism of rechargeable lithium/sulfur cells: a comprehensive study of the sulfur–graphene oxide cathode after discharge–charge cycling

文献情報

出版日 2014-04-09
DOI 10.1039/C4CP01341G
インパクトファクター 3.676
著者

Xuhui Sun, Junfa Zhu


原文を見る

要旨

Lithium/sulfur (Li/S) cells have attracted much attention due to their higher theoretical specific capacity and energy compared to those of current lithium-ion cells. However, the application of Li/S cells is still hampered by short cycle life. Sulfur–graphene oxide (S–GO) nanocomposites have shown promise as cathode materials for long-life Li/S cells because oxygen-containing functional groups on the surface of graphene oxide were successfully used as sulfur immobilizers by forming weak bonds with sulfur and polysulfides. While S–GO showed much improved cycling performance, the capacity decay still needs to be improved for commercially viable cells. In this study, we attempt to understand the capacity fading mechanism based on an ex situ study of the structural and chemical evolution of S–GO nanocomposite cathodes with various numbers of cycles using scanning electron microscopy (SEM), near edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). It is found that both the surface morphologies and chemical structures of the cathode materials change considerably with increasing number of cycles. These changes are attributed to several unexpected chemical reactions of lithium with S–GO nanocomposites occurring during the discharge–charge processes with the formation of Li2CO3, Li2SO3, Li2SO4, and COSO2Li species. These reactions result in the loss of recyclable active sulfur on the surface of the electrode, and thus capacity fades while coulombic efficiency is near 100%. Moreover, the reaction products accumulate on the cathode surface, forming a compact blocking insulating layer which may make the diffusion of Li ions into/out of the cathode difficult during the discharge–charge process and thus lead to lower utilization of sulfur at higher rates. We think that these two observations are significant contributors to the capacity and rate capability degradation of the Li/S–GO cells. Therefore, for the rechargeable Li/S–GO cells, we suggest that the content of oxygen-containing functional groups on GO should be optimized and more stable functional groups need to be identified for further improvement of the cycling performance. The information we gain from this study may provide general insights into the fundamental understanding of the degradation mechanisms of other rechargeable Li/S cells using similar oxygen-containing functional groups as sulfur immobilizers.

関連文献

Chemical composition of DNA-encoded libraries, past present and future

Paige Dickson, Thomas Kodadek

2019-04-15 Review Article

DOI: 10.1039/C9OB00581A

Design of S–S bond containing maleimide-conjugated closo-dodecaborate (SSMID): identification of unique modification sites on albumin and investigation of intracellular uptake

Shinichi Sato, Hiroya Asami, Tomoko Hasegawa, Jun-Ya Kohno, Hiroyuki Nakamura

2019-04-03 Communication

DOI: 10.1039/C9OB00584F

Improvement of the versatility of an arabinofuranosidase against galactofuranose for the synthesis of galactofuranoconjugates

Quentin Pavic, Aline Pillot, Olivier Tasseau, Laurent Legentil, Sylvain Tranchimand

2019-06-24 Paper

DOI: 10.1039/C9OB01162E

Structural characteristics requisite for the ligand-based selective detection of i-motif DNA

Sagar Satpathi, Subrahmanyam Sappati, Konoya Das

2019-05-08 Paper

DOI: 10.1039/C9OB01020C

Synthesis of vicinal dideoxy-difluorinated galactoses

Julien Malassis, Jean-Baptiste Vendeville, Qui-Hien Nguyen, Marie Boujon, Quentin Gaignard-Gaillard, Mark Light, Bruno Linclau

2019-05-16 Paper

DOI: 10.1039/C9OB00707E

Back cover

Cover

DOI: 10.1039/C9OB90069A

Front cover

Cover

DOI: 10.1039/C9OB90121C

Solvent-free ruthenium-catalysed triflate coupling as a convenient method for selective azole-o-C–H monoarylation

Taoufik Boubaker, Julien Roger

2019-05-22 Communication

DOI: 10.1039/C9OB00806C

こちらもおすすめ

化合物よくある質問

カルボニル基が付いた5-氰基-1-{[(2-メチル-2-プロpanyl)オキシ]カーボンイル}1H-吲哚-2-イリド-2-ボリン酸はどのように保存すればよいですか?

カルボニル基が付いた5-氰基-1-{[(2-メチル-2-プロpanyl)オキシ]カーボンイル}1H-吲哚-2-イリド-2-ボリン酸は、直射日光を避けて室温(15...

475102-15-9(5-Cyano-1-{[(2-meth...
化合物よくある質問

tert-ブチル2-クロロメチルピリジン-3-基炭酸エステルの市場動向や研究トレンドはどうですか?

この化合物は合成化学分野において、特にピリジン化合物の合成や改良に用いられます。最近の研究では、ピリジン化合物の新規合成法や特性の改良が注目されています。市場動...

1203498-98-9tert-Butyl 2-chloro-...
化合物よくある質問

聚二季戊四醇六丙烯酸酯はどの業界で使用されていますか?

聚二季戊四醇六丙烯酸酯は、医薬品、ポリマー、センサー、半導体などの業界で広く使用されています。特にポリマー業界では硬化剤として、医薬分野では医療機器の製造に使用...

29570-58-93-(Acryloyloxy)-2-({...
化合物よくある質問

1-氯-5-硝基异喹啉の市場動向や研究トレンドはどうですか?

1-氯-5-硝基异喹啉は、薬理学や合成化学の研究分野で注目されています。市場動向としては、その生物学的な活性や合成可能性を評価する研究が増えています。また、代替...

58142-97-51-Chloro-5-nitroisoq...
化合物よくある質問

2-チロール-5-メチルスルフェニル-3-trifルオルメチルベンゼンはどのように合成されますか?

2-チロール-5-メチルスルフェニル-3-trifルオルメチルベンゼンは、トリフルオロメチル化反応と硫化反応を経て合成されます。通常、トリフルオロメチル化剤と硫...

957066-04-51-Chloro-4-(methylsu...
化合物よくある質問

p-トールイルマグネシウムブロミドの物理化学的性質は何ですか?

p-トールイルマグネシウムブロミドのCAS番号は4294-57-9です。この化合物は白色の結晶性粉末で、分子量は204.32です。溶剤中で良好に溶解しますが、水...

4294-57-9p-Tolylmagnesium bro...
化合物よくある質問

1-(5-甲基-2-硫化素基)プロパン-1-酮の市場動向や研究トレンドはどうですか?

1-(5-甲基-2-硫化素基)プロパン-1-酮の市場動向は、化学産業全体の需要に影響を受けますが、最近では pharmaceutical 分野での応用が注目され...

59303-13-81-(5-Methyl-2-thieny...
化合物よくある質問

十一碳烯酰甘氨酸を取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

十一碳烯酰甘氨酸は吸入や皮膚から吸収されることがあり、取り扱う際には防塵マスクと手袋を使用してください。ドラフトチャンバーを用いて漏洩を処理し、適切なSDS(S...

54301-26-7N-10-Undecenoylglyci...
化合物よくある質問

1H,1H-全氟-3,6-二氧杂葵-1-醇を取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

この化合物は吸入や皮膚吸収による毒性があるため、防塵マスク、ゴーグル、防護手袋を使用する必要があります。ドラフトチャンバーでの操作が必要です。漏洩時には即座に換...

152914-73-32,2-Difluoro-2-[1,1,...
化合物よくある質問

3-(4-(フルオロメチルオキシ)フェニル)-1,2,4-オキサジアゾール-5-カルボハイドライドは安全ですか?

安全性は化合物の使用方法によります。直接的な毒性は報告されていませんが、吸入や皮膚接触には注意が必要です。適切な防護服を着用し、換気を図ることを推奨します。

883028-82-83-(4-(Trifluorometho...

掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

おすすめ化合物

おすすめサプライヤー

免責事項
このページに表示される学術雑誌情報は、参考および研究目的のみを目的としています。当社は雑誌出版社とは提携しておらず、投稿の取り扱いも行っておりません。出版に関するお問い合わせは、各雑誌出版社に直接ご連絡ください。
表示されている情報に誤りがある場合は、support@chemtradehub.com までご連絡ください。迅速に確認し、対応いたします。