Abstrait

Ancrage in situ de nanoparticules de silice sulfophiles sur une structure de carbone macro-mésoporeuse pour des cathodes Li-S rentables

  Yajing Liu

 Les carbones poreux conducteurs sont devenus les principaux hôtes pour la construction de cathodes de batteries lithium-soufre, mais sont actuellement confrontés à une chimie de surface médiocre et à une synthèse rentable. Dans ce document, un carbone macro-mésoporeux hiérarchique 3D avec ancrage de silice in situ (SMC) a été préparé via une approche sol-gel économique et à haut débit. Dans cette stratégie, des canaux macroporeux interconnectés, des mésopores abondants et des nanoparticules de silice bien réparties sont intégrés de manière synergique dans une structure conductrice construite par accumulation de nanoparticules de carbone, et la teneur réglable en silice peut également être obtenue simultanément. Le réseau conducteur 3D et les porosités hiérarchiques interconnectées confèrent à la matrice de carbone des mérites structurels à multiples facettes pour favoriser le transfert d'électrons/ions et homogénéiser la dispersion du soufre. De plus, la mobilisation de LixSy (S8 et polysulfures) est considérablement limitée par la liaison chimique entre la silice et LixSy, ce qui est confirmé par des études DFT. Bénéficiant de ces mérites uniques, les batteries ont fourni une capacité réversible élevée de 969,7 mAh g-1 et une capacité améliorée de 625,5 mAh g-1 avec un taux de décoloration de la capacité de seulement 0,088 % par cycle après 400 cycles à 0,2 C. Cette stratégie peut offrir une nouvelle perspective à la modification de la chimie de surface des matériaux hôtes à base de soufre à base de carbone avec une approche simple et à faible coût pour faire progresser à terme le système de conversion et de stockage d'énergie.