Anionic Doping in Layered Transition Metal Chalcogenides for Robust Lithium-Sulfur Batteries
Huang, Chen (Universitat de Barcelona. Departament de Química)
Yu, Jing (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Zhang, Chao Yue (Lanzhou University. School of Physical Science & Technology)
Cui, Zhibiao (Shenzhen University. College of Materials Science and Engineering)
He, Ren (Universitat de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica i Biomèdica)
Yang, Linlin (Universitat de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica i Biomèdica)
Nan, Bingfei (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)
Li, Canhuang (Universitat de Barcelona. Departament de Química)
Qi, Xuede (Chongqing University of Technology. College of Chemistry and Chemical Engineering)
Li, Junshan (Chengdu University. Institute for Advanced Study)
Yuan Zhou, Jin (Lanzhou University. School of Physical Science & Technology)
Usoltsev, Oleg (ALBA Laboratori de Llum de Sincrotró)
Simonelli, Laura (ALBA Laboratori de Llum de Sincrotró)
Arbiol i Cobos, Jordi (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Lei, Yao-Jie (University of Technology Sydney. Centre for Clean Energy Technology)
Sun, Qing (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)
Wang, Guoxiu (University of Technology Sydney. Centre for Clean Energy Technology)
Cabot i Codina, Andreu (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)

Data:	2025
Resum:	Lithium-sulfur batteries (LSBs) are among the most promising next-generation energy storage technologies. However, a slow Li-S reaction kinetics at the LSB cathode limit their energy and power densities. To address these challenges, this study introduces an anionic-doped transition metal chalcogenide as an effective catalyst to accelerate the Li-S reaction. Specifically, a tellurium-doped, carbon-supported bismuth selenide with Se vacancies (Te-Bi2Se3-x@C) is prepared and tested as a sulfur host in LSB cathodes. X-ray absorption and in situ X-ray diffraction analyses reveal that Te doping induces lattice distortions and modulates the local coordination environment and electronic structure of Bi atoms to promote the catalytic activity toward the conversion of polysulfides. Additionally, the generated Se vacancies alter the electronic structure around atomic defect sites, increase the carrier concentration, and activate unpaired cations to effectively trap polysulfides. As a result, LSBs based on Te-Bi2Se3-x@C/S cathodes demonstrate outstanding specific capacities of 1508 mAh ⋅ g-1 at 0. 1 C, excellent rate performance with 655 mAh ⋅ g-1 at 5 C, and near-integral cycle stability over 1000 cycles. Furthermore, under high sulfur loading of 6. 4 mg ⋅ cm-2, a cathode capacity exceeding 8 mAh ⋅ cm-2 is sustained at 0. 1 C current rate, with 6. 4 mAh ⋅ cm-2 retained after 300 cycles under lean electrolyte conditions (6. 8 μL ⋅ mg-1).
Ajuts:	Agencia Estatal de Investigación PCI2022-132985 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2021/SGR-01581 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2021/SGR-00457 Agencia Estatal de Investigación CEX2021-001214-S Agencia Estatal de Investigación PID2023-149158OB-C43 Ministerio de Ciencia e Innovación CEX2019-000917-S Agencia Estatal de Investigación PID2021-128410OB-I00
Nota:	Altres ajuts: CERCA Programme/Generalitat de Catalunya; European Union Next Generation EU (PRTRC17.I1); funding from Grant IU16-014206 (METCAM-FIB)
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 ; Induced lattice ; Bi2Se3 ; Se vacancies ; Lithium polysulfides
Publicat a:	Angewandte Chemie (International ed. Internet), Vol. 64, Issue 8 (February 2025) , art. e202420488, ISSN 1521-3773

DOI: 10.1002/anie.202420488

Preprint 30 p, 4.0 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)
Documents de recerca > Documents dels grups de recerca de la UAB > Centres i grups de recerca (producció científica) > Ciències > El Sincrotró ALBA
Articles > Articles de recerca
Articles > Articles publicats