Tubular C3N4 Nanotubes as Metal-Free Sulfur Hosts toward Stable Lithium-Sulfur Batteries
Zhang, Chaoqi (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)
Du, Ruifeng (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)
Martí-Sánchez, Sara (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Xiao, Ke (Universitat de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica i Biomèdica)
Yang, Dawei (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)
Zhang, Chaoyue (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)
Li, Canhuang (Universitat de Barcelona. Departament de Química)
Zeng, Guifang (Universitat de Barcelona. Departament de Física)
Chang, Xingqi (Universitat de Barcelona. Departament de Química)
He, Ren (Universitat de Barcelona. Departament de Física)
Arbiol i Cobos, Jordi (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Li, Junshan (Chengdu University)
Jacas Biendicho, Jordi (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)
Cabot, Andreu (Institut de Recerca en Energia de Catalunya)

Date:	2023
Abstract:	Lithium-sulfur batteries (LSBs) with high energy density have the potential to replace current commercial lithium-ion batteries. However, the shuttle effect and the low conversion kinetics of lithium polysulfide (LiPS) remain the main challenges in the development of LSBs. In this study, a metal-free and simple-to-prepare carbon nitride with a high surface area and tubular morphology (CN-nt) is used as the sulfur host for LSBs. Due to its unique nanostructure and rich active sites, it not only effectively disperses the active sulfur material and anchors soluble polysulfide species, but it also promotes the nucleation process of LiS, thus achieving fast and sustainable Li-S redox reactions. Experimental results show that the obtained S@CN-nt electrodes exhibit a high sulfur utilization of 1296. 2 mAh g at 0. 1 C and a significant rate capability of 689. 4 mAh g at the high current rate of 3C. More importantly, the capacity retention reaches 87. 7% after 500 cycles. This simple strategy of engineering unique carbon-based nanostructured hosts can inspire new ideas for developing cost-effective and metal-free host materials for sulfur-based batteries.
Grants:	Agencia Estatal de Investigación PID2019-105490RB-C32 Agencia Estatal de Investigación PID2020-116093RB-C43 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2021/SGR-00457 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2021/SGR-01581 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2017/SGR-327 Agencia Estatal de Investigación CEX2021-001214-S Ministerio de Economía y Competitividad SEV-2017-0706
Rights:	Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, fins i tot amb finalitats comercials, sempre i quan es reconegui l'autoria de l'obra original.
Language:	Anglès
Document:	Article ; recerca ; Versió publicada
Published in:	Energies, Vol. 16, Issue 12 (June 2023) , art. 4545, ISSN 1996-1073

DOI: 10.3390/en16124545

13 p, 3.3 MB

The record appears in these collections:
Research literature > UAB research groups literature > Research Centres and Groups (research output) > Experimental sciences > Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2)
Articles > Research articles
Articles > Published articles