NbSe2 meets C2N : a 2D-2D heterostructure catalysts as multifunctional polysulfide mediator in ultra-long-life lithium-sulfur batteries
Yang, Dawei (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)
Liang, Zhifu (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Zhang, Chaoqi (Universitat de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica i Biomèdica)
Jacas Biendicho, Jordi (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)
Botifoll, Marc (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Spadaro, Maria Chiara (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Chen, Qiulin (Xiamen University)
Li, Mengyao (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)
Ramon, Alberto (Universitat de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica i Biomèdica)
Moghaddam, Ahmad Ostovari (South Ural State University)
Llorca, Jordi (Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Química)
Wang, Jiaao (Oden Institute for Computational Engineering and Sciences)
Morante, Joan Ramon (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)
Arbiol i Cobos, Jordi (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Chou, Shulei (University of Wollongong)
Cabot, Andreu (Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats)

Fecha:	2021
Resumen:	The shuttle effect and sluggish conversion kinetics of lithium polysulfides (LiPS) hamper the practical application of lithium-sulfur batteries (LSBs). Toward overcoming these limitations, herein an in situ grown CN@NbSe heterostructure is presented with remarkable specific surface area, as a Li-S catalyst and LiPS absorber. Density functional theory (DFT) calculations and experimental results comprehensively demonstrate that CN@NbSe is characterized by a suitable electronic structure and charge rearrangement that strongly accelerates the LiPS electrocatalytic conversion. In addition, heterostructured CN@NbSe strongly interacts with LiPS species, confining them at the cathode. As a result, LSBs cathodes based on CN@NbSe/S exhibit a high initial capacity of 1545 mAh g at 0. 1 C. Even more excitingly, CN@NbSe/S cathodes are characterized by impressive cycling stability with only 0. 012% capacity decay per cycle after 2000 cycles at 3 C. Even at a sulfur loading of 5. 6 mg cm, a high areal capacity of 5. 65 mAh cm is delivered. These results demonstrate that CN@NbSe heterostructures can act as multifunctional polysulfide mediators to chemically adsorb LiPS, accelerate Li-ion diffusion, chemically catalyze LiPS conversion, and lower the energy barrier for LiS precipitation/decomposition, realizing the "adsorption-diffusion-conversion" of polysulfides.
Ayudas:	European Commission 754510 Ministerio de Ciencia e Innovación RTI2018-093996-B-C31 Ministerio de Economía y Competitividad ENE2017-85087-C3 Ministerio de Economía y Competitividad SEV-2017-0706 Ministerio de Economía y Competitividad ENE2016- 77798-C4-3-R Ministerio de Economía y Competitividad SEV-2013-0295-17-1 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2017/SGR-1246 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2017/SGR-327 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2017/SGR-128
Derechos:	Tots els drets reservats.
Lengua:	Anglès
Documento:	Article ; recerca ; Versió sotmesa a revisió
Materia:	C2N ; Heterostructures ; Lithium polysulfides ; Lithium-sulfur batteries ; Niobium selenides
Publicado en:	Advanced Energy Materials, Vol. 11, issue 36 (Sep. 2021) , art. 2101250, ISSN 1614-6840

DOI: 10.1002/aenm.202101250

Preprint 32 p, 3.8 MB

El registro aparece en las colecciones:
Documentos de investigación > Documentos de los grupos de investigación de la UAB > Centros y grupos de investigación (producción científica) > Ciencias > Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2)
Artículos > Artículos de investigación
Artículos > Artículos publicados