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Mechanochemical optimization of ZIF-8/Carbon/S8 composites for lithium-sulfur batteries positive electrodes

  • The application of lithium-sulfur (Li-S) batteries is still limited by their rapid capacity fading. The pulverization of the sulfur positive electrode after the lithiation and the consequence dissolution of long chain polysulfides in organic solvents lead to the shuttle effect. To address these issues, here we report the mechanochemical preparation of ZIF-8 (Zeolitic Imidazole Framework-8)-based composites as sulfur hosts for positive electrodes in Li-S batteries. We studied different methods for the incorporation of conductive carbon. Also, the replacement of Zn2+ metal centers by other bivalent metals (Cu2+, Co2+ and Ni2+), enabled the preparation of other ZIF-8-based materials. The positive electrode ZIF-8/C/S8 showed initial discharges of 772 mA h g−1 while the pristine one, ZIF-8/S8, displayed 502 mA h g−1. The enhanced performance of 54% for ZIF-8/C/S8 indicates that the direct mechanochemical synthesis of ZIF-8 with conductive carbon is beneficial at initials charge/dischargeThe application of lithium-sulfur (Li-S) batteries is still limited by their rapid capacity fading. The pulverization of the sulfur positive electrode after the lithiation and the consequence dissolution of long chain polysulfides in organic solvents lead to the shuttle effect. To address these issues, here we report the mechanochemical preparation of ZIF-8 (Zeolitic Imidazole Framework-8)-based composites as sulfur hosts for positive electrodes in Li-S batteries. We studied different methods for the incorporation of conductive carbon. Also, the replacement of Zn2+ metal centers by other bivalent metals (Cu2+, Co2+ and Ni2+), enabled the preparation of other ZIF-8-based materials. The positive electrode ZIF-8/C/S8 showed initial discharges of 772 mA h g−1 while the pristine one, ZIF-8/S8, displayed 502 mA h g−1. The enhanced performance of 54% for ZIF-8/C/S8 indicates that the direct mechanochemical synthesis of ZIF-8 with conductive carbon is beneficial at initials charge/discharge process in comparison to traditional slurry preparation (ZIF-8/S8). Also, the Li2S6 absorption tests shows 87% of discoloration with ZIF-8/C/S8, confirming the better polysulfides absorption.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:B. Souza, S. Chauque, P. de Oliveira, Franziska EmmerlingORCiD, R. Torresi
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Journal of Electroanalytical Chemistry
Jahr der Erstveröffentlichung:2021
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.0 Abteilungsleitung und andere
6 Materialchemie / 6.3 Strukturanalytik
Verlag:Elsevier B.V.
Jahrgang/Band:896
Erste Seite:115459
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Lithium-sulfur battery; Mechanochemistry; Metal organic frameworks; ZIF-8
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Materialdesign
DOI:10.1016/j.jelechem.2021.115459
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:18.10.2021
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:18.10.2021
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