上交胡晓斌Small：3D有序互连纳米结构实现200µm超厚硫正极！

由于电极沿厚度方向极化，高电极厚度的锂电池总是具有较差的电池性能。

上海交通大学胡晓斌等提出了通过在电极中制造三维有序互连纳米结构来降低电极极化的概念。

上交胡晓斌Small：3D有序互连纳米结构实现200µm超厚硫正极！

图1. CP@NCPC和硫正极制备的总体过程

为验证这一概念，作者在碳纸（CP）的内部空间构建了一个三维掺氮碳光子晶体（NCPC），以用作锂电池的电极。NCPC中的孔相互连接、均匀有序、均匀分布且大小完全相同，这大大降低了电子/离子传输路径的曲折性。均匀的结构保证了电子和离子的均匀分布。沿厚度方向的直线电荷转移和均匀的电荷分布减少了电极极化。

此外，它在电极内部提供均匀的电化学反应，同时抑制局部过热并显著提高电池安全性。另外，这种电极不需要导电剂、粘结剂和集流体这些惰性材料，可以节省大量成本。由于合成方法简单易行，该电极具有极高的制造重现性。

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图2. 不同电极厚度的锂硫电池性能

因此，当CP@NCPC用于硫正极时，厚电极和薄电极一样实现了快速的电荷转移速率和小电压极化。

100 µm厚的硫正极在0.1 C下的初始比容量为1406.8 mAh g^-1，在5 C下的倍率容量为621.7 mAh g^-1。当电极厚度达到200 µm时，获得了87% 100 µm厚的硫正极的比容量。相比之下，传统涂覆方法制成的电极的容量比仅为45%。

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图3. 电子和锂离子转移示意图

3D Ordered Porous Nanostructure Confers Fast Charge Transfer Rate and Reduces the Electrode Polarization in Thick Electrode. Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202104224

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