A low cost ultra-microporous carbon scaffold with confined chain-like sulfur molecules as a superior cathode for lithium–sulfur batteries

文献情報

出版日 2018-05-22
DOI 10.1039/C8SE00185E
インパクトファクター 6.367
著者

Junkai Han, Shuangwen Li, Peng Long, Chen Cao, Yu Cao, Weizhe Wang


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要旨

Lithium–sulfur (Li–S) batteries with high energy density are one of the most promising energy storage systems. However, the shuttle effect due to the transition between ring-like S8 molecules and high order polysulfides (Li2Sn, 4 < n ≤ 8) hinders their practical application. Utilizing chain-like S2–4 molecules is considered to be an effective strategy to avoid this unfavorable process; however, the preparation of a carbon scaffold with ultra-micropores to constrain S2–4 molecules is challenging. In this study, a carbon scaffold derived from macadamia nut shell (MNS) with predominant ultra-micropores of sizes less than 0.6 nm is obtained by a simple KOH etching reaction followed by a calcination process. The calcined MNS (c-MNS) exhibits a high specific surface area (1687 m2 g−1), large pore volume (0.57 cm3 g−1), and large number of ultra-micropores (<0.6 nm) that account for 80% of the total specific surface area and 61.4% of the total pore volume. Then, a series of c-MNS/S composites are fabricated through a melt diffusion strategy. The electrochemical performances of c-MNS/S composites used as the cathodes of Li–S batteries are evaluated. The composites deliver a maximum reversible capacity of 1254 mA h g−1 at 0.1C rate (1C = 1675 mA g−1), with a capacity retention of 80% after 100 cycles, and can operate steadily up to 2C rate with a reversible capacity of 540 mA h g−1.

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