Tungsten phosphide on nitrogen and phosphorus-doped carbon as a functional membrane coating enabling robust lithium-sulfur batteries
Li, Canhuang (Universitat de Barcelona. Departament de Química)
Yu, Jing (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Zhang, Chaoqi (Fuzhou University)
Yang, Dawei (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)
Wang, Jian (Helmholtz Institute Ulm)
Li, Hao (Wuhan University of Technology)
Huang, Chen (Universitat de Barcelona. Departament de Química)
Xiao, Ke (Universitat de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica i Biomèdica)
Cheng, Yapeng (Universitat de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica i Biomèdica)
Ren, Yuchuan (Universitat de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica i Biomèdica)
Qi, Xuede (Chongqing University of Technology)
Yang, Tianxiang (Luoyang Institute of Science and Technology)
Li, Junshan (Chengdu University)
Wang, Jiaao (The University of Texas at Austin)
Henkelman, Graeme (The University of Texas at Austin)
Arbiol i Cobos, Jordi (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Nan, Junmin (Hua nan shi fan da xue)
Cabot i Codina, Andreu (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)

Data:	2024
Resum:	Lithium-sulfur batteries (LSBs) hold great potential as future energy storage technology, but their widespread application is hampered by the slow polysulfide conversion kinetics and the sulfur loss during cycling. In this study, we detail a one-step approach to growing tungsten phosphide (WP) nanoparticles on the surface of nitrogen and phosphorus co-doped carbon nanosheets (WP@NPC). We further demonstrate that this material provides outstanding performance as a multifunctional separator in LSBs, enabling higher sulfur utilization and exceptional rate performance. These excellent properties are associated with the abundance of lithium polysulfide (LiPS) adsorption and catalytic conversion sites and rapid ion transport capabilities. Experimental data and density functional theory calculations demonstrate tungsten to have a sulfophilic character while nitrogen and phosphorus provide lithiophilic sites that prevent the loss of LiPSs. Furthermore, WP regulates the LiPS catalytic conversion, accelerating the Li-S redox kinetics. As a result, LSBs containing a polypropylene separator coated with a WP@NPC layer show capacities close to 1500 mAh/g at 0. 1C and coulombic efficiencies above 99. 5 % at 3C. Batteries with high sulfur loading, 4. 9 mg cm, are further produced to validate their superior cycling stability. Overall, this work demonstrates the use of multifunctional separators as an effective strategy to promote LSB performance.
Ajuts:	Agencia Estatal de Investigación PID2020-116093RB-C43 Ministerio de Ciencia e Innovación CEX2021-001214-S Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2021/SGR-00457 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2021/SGR-01581 Agencia Estatal de Investigación PCI2022-132985
Drets:	Aquest material està protegit per drets d'autor i/o drets afins. Podeu utilitzar aquest material en funció del que permet la legislació de drets d'autor i drets afins d'aplicació al vostre cas. Per a d'altres usos heu d'obtenir permís del(s) titular(s) de drets.
Llengua:	Anglès
Document:	Article ; recerca ; Versió sotmesa a revisió
Matèria:	Lithium-sulfur battery ; Tungsten phosphide ; Lithium polysulfide ; Multifunctional separator ; Sulphophilic site ; Lithiophilic site
Publicat a:	Journal of colloid and interface science, Vol. 670 (September 2024) , p. 61-72, ISSN 1095-7103

DOI: 10.1016/j.jcis.2024.05.074

Preprint 33 p, 2.0 MB

El registre apareix a les col·leccions:
Documents de recerca > Documents dels grups de recerca de la UAB > Centres i grups de recerca (producció científica) > Ciències > Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2)
Articles > Articles de recerca
Articles > Articles publicats