Powering Lithium-Sulfur Battery Performance by Propelling Polysulfide Redox at Sulfiphilic Hosts

Nano Letters

Volumn 16, Issue 1, 2016, Pages 519-527

  Yuan, Zhe ^a   Peng, Hong Jie ^a   Hou, Ting Zheng ^a   Huang, Jia Qi ^a   Chen, Cheng Meng ^b   Wang, Dai Wei ^a   Cheng, Xin Bing ^a   Wei, Fei ^a   Zhang, Qiang ^a  

^a TSINGHUA UNIVERSITY   (China)

^b INSTITUTE OF COAL CHEMISTRY   (China)

Author keywords

carbon; cathode; Lithium sulfur batteries; polysulfide; redox reaction

Indexed keywords

CARBON; CARBON DISULFIDE; CATHODES; DECAY (ORGANIC); ELECTRIC BATTERIES; ELECTRODES; ELECTROLYTES; ENERGY EFFICIENCY; LITHIUM; POLARIZATION; POLYSULFIDES; REDOX REACTIONS; SECONDARY BATTERIES; SULFUR; TRANSITION METAL COMPOUNDS;

BATTERY SYSTEMS; COBALT DISULFIDE; DISCHARGE CAPACITIES; HIGH-POWER DEVICES; LITHIUM SULFUR BATTERIES; MULTI-ELECTRON REDOXES; POLYSULFIDE SHUTTLES; STRONG INTERACTION;

LITHIUM BATTERIES;

EID: 84957895444     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b04166     Document Type: Article

References (64)

1. Bruce, P. G.; Freunberger, S. A.; Hardwick, L. J.; Tarascon, J.-M. Nat. Mater. 2011, 11, 19-29 10.1038/nmat3191
2. Manthiram, A.; Chung, S.-H.; Zu, C. Adv. Mater. 2015, 27, 1980-2006 10.1002/adma.201405115
3. Yin, Y.-X.; Xin, S.; Guo, Y.-G.; Wan, L.-J. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 13186-13200 10.1002/anie.201304762
4. Zhang, S. S. J. Power Sources 2013, 231, 153-162 10.1016/j.jpowsour.2012.12.102
5. Song, M.-K.; Cairns, E. J.; Zhang, Y. Nanoscale 2013, 5, 2186-2204 10.1039/c2nr33044j
6. Pope, M. A.; Aksay, I. A. Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1500124 10.1002/aenm.201500124
7. Wang, D.-W.; Zeng, Q.; Zhou, G.; Yin, L.; Li, F.; Cheng, H.-M.; Gentle, I. R.; Lu, G. Q. M. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 9382-9394 10.1039/c3ta11045a
8. Li, Z.; Huang, Y. M.; Yuan, L. X.; Hao, Z. X.; Huang, Y. H. Carbon 2015, 92, 41-63 10.1016/j.carbon.2015.03.008
9. Ji, X.; Lee, K. T.; Nazar, L. F. Nat. Mater. 2009, 8, 500-506 10.1038/nmat2460
10. Lee, J. T.; Zhao, Y.; Thieme, S.; Kim, H.; Oschatz, M.; Borchardt, L.; Magasinski, A.; Cho, W.-I.; Kaskel, S.; Yushin, G. Adv. Mater. 2013, 25, 4573-4579 10.1002/adma.201301579
11. Miao, L.-X.; Wang, W.-K.; Wang, A.-B.; Yuan, K.-G.; Yang, Y.-S. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 11659-11664 10.1039/c3ta12079a
12. Zhao, M.-Q.; Sedran, M.; Ling, Z.; Lukatskaya, M. R.; Mashtalir, O.; Ghidiu, M.; Dyatkin, B.; Tallman, D. J.; Djenizian, T.; Barsoum, M. W.; Gogotsi, Y. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 4810-4814 10.1002/anie.201500110
13. Wang, H.; Yang, Y.; Liang, Y.; Robinson, J. T.; Li, Y.; Jackson, A.; Cui, Y.; Dai, H. Nano Lett. 2011, 11, 2644-2647 10.1021/nl200658a
14. Zhao, M.-Q.; Zhang, Q.; Huang, J.-Q.; Tian, G.-L.; Nie, J.-Q.; Peng, H.-J.; Wei, F. Nat. Commun. 2014, 5, 3410 10.1038/ncomms4410
15. Zhou, G. M.; Pei, S.; Li, L.; Wang, D.-W.; Wang, S.; Huang, K.; Yin, L.-C.; Li, F.; Cheng, H.-M. Adv. Mater. 2014, 26, 625-631 10.1002/adma.201302877
16. Zhou, G. M.; Paek, E.; Hwang, G. S.; Manthiram, A. Nat. Commun. 2015, 6, 7760 10.1038/ncomms8760
17. Cheng, X.-B.; Huang, J.-Q.; Zhang, Q.; Peng, H.-J.; Zhao, M.-Q.; Wei, F. Nano Energy 2014, 4, 65-72 10.1016/j.nanoen.2013.12.013
18. Yuan, Z.; Peng, H.-J.; Huang, J.-Q.; Liu, X.-Y.; Wang, D.-W.; Cheng, X.-B.; Zhang, Q. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 6105-6112 10.1002/adfm.201401501
19. Peng, H.-J.; Hou, T.-Z.; Zhang, Q.; Huang, J.-Q.; Cheng, X.-B.; Guo, M.-Q.; Yuan, Z.; He, L.-Y.; Wei, F. Adv. Mater. Interfaces 2014, 1, 1400227 10.1002/admi.201400227
20. Yang, Y.; Yu, G.; Cha, J. J.; Wu, H.; Vosgueritchian, M.; Yao, Y.; Bao, Z.; Cui, Y. ACS Nano 2011, 5, 9187-9193 10.1021/nn203436j
21. Zhou, W.; Yu, Y.; Chen, H.; DiSalvo, F. J.; Abruna, H. D. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16736-16743 10.1021/ja409508q
22. Wang, J.; He, Y.-S.; Yang, J. Adv. Mater. 2015, 27, 569-575 10.1002/adma.201402569
23. Zhao, M.-Q.; Liu, X.-F.; Zhang, Q.; Tian, G.-L.; Huang, J.-Q.; Zhu, W.; Wei, F. ACS Nano 2012, 6, 10759-10769 10.1021/nn304037d
24. Yang, X.; Zhang, L.; Zhang, F.; Huang, Y.; Chen, Y. ACS Nano 2014, 8, 5208-5215 10.1021/nn501284q
25. Deng, Z.; Zhang, Z.; Lai, Y.; Liu, J.; Li, J.; Liu, Y. J. Electrochem. Soc. 2013, 160, A553-A558 10.1149/2.026304jes
26. Mikhaylik, Y. V.; Akridge, J. R. J. Electrochem. Soc. 2004, 151, A1969-A1976 10.1149/1.1806394
27. Yao, H.; Yan, K.; Li, W.; Zheng, G.; Kong, D.; Seh, Z. W.; Narasimhan, V. K.; Liang, Z.; Cui, Y. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 3381-3390 10.1039/C4EE01377H
28. Huang, J.-Q.; Zhuang, T.-Z.; Zhang, Q.; Peng, H.-J.; Chen, C.-M.; Wei, F. ACS Nano 2015, 9, 3002-3011 10.1021/nn507178a
29. Peng, H.-J.; Wang, D.-W.; Huang, J.-Q.; Cheng, X.-B.; Yuan, Z.; Wei, F.; Zhang, Q. Adv. Sci. 2016, 3, 1500268 10.1002/advs.201500268
30. Huang, J.-Q.; Zhang, Q.; Peng, H.-J.; Liu, X.-Y.; Qian, W.-Z.; Wei, F. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 347-353 10.1039/C3EE42223B
31. Aurbach, D.; Pollak, E.; Elazari, R.; Salitra, G.; Kelley, C. S.; Affinito, J. J. Electrochem. Soc. 2009, 156, A694-A702 10.1149/1.3148721
32. Wu, F.; Qian, J.; Chen, R.; Lu, J.; Li, L.; Wu, H.; Chen, J.; Zhao, T.; Ye, Y.; Amine, K. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 15542-15549 10.1021/am504345s
33. Suo, L.; Hu, Y.-S.; Li, H.; Armand, M.; Chen, L. Nat. Commun. 2013, 4, 1481 10.1038/ncomms2513
34. Lin, Z.; Liu, Z.; Dudney, N. J.; Liang, C. ACS Nano 2013, 7, 2829-2833 10.1021/nn400391h
35. Pang, Q.; Kundu, D.; Cuisinier, M.; Nazar, L. F. Nat. Commun. 2014, 5, 4759 10.1038/ncomms5759
36. Liang, X.; Hart, C.; Pang, Q.; Garsuch, A.; Weiss, T.; Nazar, L. F. Nat. Commun. 2015, 6, 5682 10.1038/ncomms6682
37. Yao, H.; Zheng, G.; Hsu, P.-C.; Kong, D.; Cha, J. J.; Li, W.; Seh, Z. W.; McDowell, M. T.; Yan, K.; Liang, Z.; Narasimhan, V. K.; Cui, Y. Nat. Commun. 2014, 5, 3943 10.1038/ncomms4943
38. Wang, H.; Zhang, Q.; Yao, H.; Liang, Z.; Lee, H.-W.; Hsu, P.-C.; Zheng, G.; Cui, Y. Nano Lett. 2014, 14, 7138-7144 10.1021/nl503730c
39. Seh, Z. W.; Yu, J. H.; Li, W.; Hsu, P.-C.; Wang, H.; Sun, Y.; Yao, H.; Zhang, Q.; Cui, Y. Nat. Commun. 2014, 5, 5017 10.1038/ncomms6017
40. Fan, F. Y.; Carter, W. C.; Chiang, Y.-M. Adv. Mater. 2015, 27, 5203-5209 10.1002/adma.201501559
41. Pang, Q.; Kundu, D.; Nazar, L. F. Mater. Horiz. 2016, 10.1039/C5MH00246J
42. Ogawa, S.; Teranishi, T. Phys. Lett. A 1972, 42, 147-148 10.1016/0375-9601(72)90747-5
43. Faber, M. S.; Park, K.; Cabán-Acevedo, M.; Santra, P. K.; Jin, S. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 1843-1849 10.1021/jz400642e
44. Faber, M. S.; Dziedzic, R.; Lukowski, M. A.; Kaiser, N. S.; Ding, Q.; Jin, S. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 10053-10061 10.1021/ja504099w
45. Ji, X.; Evers, S.; Black, R.; Nazar, L. F. Nat. Commun. 2011, 2, 325 10.1038/ncomms1293
46. Song, J.; Gordin, M. L.; Xu, T.; Chen, S.; Yu, Z.; Sohn, H.; Lu, J.; Ren, Y.; Duan, Y.; Wang, D. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 4325-4329 10.1002/anie.201411109
47. Chen, C.-M.; Zhang, Q.; Yang, M.-G.; Huang, C.-H.; Yang, Y.-G.; Wang, M.-Z. Carbon 2012, 50, 3572-3584 10.1016/j.carbon.2012.03.029
48. Liu, J.; Yang, T. Y.; Wang, D. W.; Lu, G. Q. M.; Zhao, D. Y.; Qiao, S. Z. Nat. Commun. 2013, 4, 2798 10.1038/ncomms3798
49. Ji, L.; Rao, M.; Zheng, H.; Zhang, L.; Li, Y.; Duan, W.; Guo, J.; Cairns, E. J.; Zhang, Y. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18522-18525 10.1021/ja206955k
50. Zhou, G.; Li, L.; Ma, C.; Wang, S.; Shi, Y.; Koratkar, N.; Ren, W.; Li, F.; Cheng, H.-M. Nano Energy 2015, 11, 356-365 10.1016/j.nanoen.2014.11.025
51. Xie, J.; Liu, S.; Cao, G.; Zhu, T.; Zhao, X. Nano Energy 2013, 2, 49-56 10.1016/j.nanoen.2012.07.010
52. Li, L.; Ruan, G.; Peng, Z.; Yang, Y.; Fei, H.; Raji, A. R.; Samuel, E. L.; Tour, J. M. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 15033-15039 10.1021/am5030116
53. Song, J.; Xu, T.; Gordin, M. L.; Zhu, P.; Lv, D.; Jiang, Y.-B.; Chen, Y.; Duan, Y.; Wang, D. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 1243-1250 10.1002/adfm.201302631
54. Zhou, G. M.; Zhao, Y.; Manthiram, A. Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1402263 10.1002/aenm.201402263
55. Levi, M. D.; Salitra, G.; Markovsky, B.; Teller, H.; Aurbach, D.; Heider, U.; Heider, L. J. Electrochem. Soc. 1999, 146, 1279-1289
56. Cuisinier, M.; Cabelguen, P.-E.; Evers, S.; He, G.; Kolbeck, M.; Garsuch, A.; Bolin, T.; Balasubramanian, M.; Nazar, L. F. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 3227-3232 10.1021/jz401763d
57. Chen, J.-J.; Yuan, R.-M.; Feng, J.-M.; Zhang, Q.; Huang, J.-X.; Fu, G.; Zheng, M.-S.; Ren, B.; Dong, Q.-F. Chem. Mater. 2015, 27, 2048-2055 10.1021/cm5044667
58. Seh, Z. W.; Li, W.; Cha, J. J.; Zheng, G.; Yang, Y.; McDowell, M. T.; Hsu, P.-C.; Cui, Y. Nat. Commun. 2013, 4, 1331 10.1038/ncomms2327
59. Xiao, Z.; Yang, Z.; Wang, L.; Nie, H.; Zhong, M. E.; Lai, Q.; Xu, X.; Zhang, L.; Huang, S. Adv. Mater. 2015, 27, 2891-2898 10.1002/adma.201405637
60. Tao, X.; Wang, J.; Ying, Z.; Cai, Q.; Zheng, G.; Gan, Y.; Huang, H.; Xia, Y.; Liang, C.; Zhang, W.; Cui, Y. Nano Lett. 2014, 14, 5288-5294 10.1021/nl502331f
61. Han, X.; Xu, Y.; Chen, X.; Chen, Y.-C.; Weadock, N.; Wan, J.; Zhu, H.; Liu, Y.; Li, H.; Rubloff, G.; Wang, C.; Hu, L. Nano Energy 2013, 2, 1197-1206 10.1016/j.nanoen.2013.05.003
62. Liang, X.; Garsuch, A.; Nazar, L. F. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 3907-3911 10.1002/anie.201410174
63. Zhang, Y.; Zhao, Y.; Yermukhambetova, A.; Bakenov, Z.; Chen, P. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 295-301 10.1039/C2TA00105E
64. Zheng, J.; Tian, J.; Wu, D.; Gu, M.; Xu, W.; Wang, C.; Gao, F.; Engelhard, M. H.; Zhang, J.-G.; Liu, J.; Xiao, J. Nano Lett. 2014, 14, 2345-2352 10.1021/nl404721h