Chemisorption of polysulfides through redox reactions with organic molecules for lithium-sulfur batteries.
Chemisorption of polysulfides through redox reactions with organic molecules for lithium-sulfur batteries.
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通过与有机分子的氧化还原反应化学吸附多硫化物用于锂硫电池
DOI：
10.1038/s41467-018-03116-z
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发表时间：
2018-02-16
影响因子：
16.6
通讯作者：
Chen Z
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li G;Wang X;Seo MH;Li M;Ma L;Yuan Y;Wu T;Yu A;Wang S;Lu J;Chen Z
锂硫电池具有高能量密度，但由于多硫化锂的溶解而导致容量衰减严重。高性能锂硫电池的实际应用非常需要封装多硫化锂的新颖设计和机制。在此，我们报告了一种利用蒽醌（一种天然丰富的有机分子）的策略，通过循环过程中的氧化还原反应抑制多硫化物物质的溶解和扩散。蒽醌的酮基在形成强路易斯酸化学键中起着关键作用。这种机制导致硫基电极具有长循环稳定性。硫含量高达约 73%，300 次循环后容量衰减仅为 0.019%，在 0.5 C 倍率下，500 次循环后容量保持率为 81.7%。这一发现和理解为未来硫基阴极的设计和锂硫电池的实际应用铺平了一条替代途径。新颖的阴极设计是实现高性能锂硫电池的关键。在这里，作者利用蒽醌来化学稳定多硫化物，揭示了蒽醌的酮基在形成强路易斯酸化学键方面发挥着关键作用。
Lithium–sulfur battery possesses high energy density but suffers from severe capacity fading due to the dissolution of lithium polysulfides. Novel design and mechanisms to encapsulate lithium polysulfides are greatly desired by high-performance lithium–sulfur batteries towards practical applications. Herein, we report a strategy of utilizing anthraquinone, a natural abundant organic molecule, to suppress dissolution and diffusion of polysulfides species through redox reactions during cycling. The keto groups of anthraquinone play a critical role in forming strong Lewis acid-based chemical bonding. This mechanism leads to a long cycling stability of sulfur-based electrodes. With a high sulfur content of ~73%, a low capacity decay of 0.019% per cycle for 300 cycles and retention of 81.7% over 500 cycles at 0.5 C rate can be achieved. This finding and understanding paves an alternative avenue for the future design of sulfur–based cathodes toward the practical application of lithium–sulfur batteries. Novel cathode design holds the key to enabling high performance lithium-sulfur batteries. Here the authors utilize anthraquinone to chemically stabilize polysulfides, revealing that the keto groups of anthraquinone play a critical role in forming strong Lewis acid-based chemical bonding.
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