田冰冰/张金勇/敖昕Adv. Sci.：Li-S电池中多硫化物吸附和催化转化之间的平衡

锂硫（Li-S）电池由于高能量密度和低成本，在过去的二十年里引起了相当多的关注。然而，由于硫的差导电性、可溶性多硫化锂（LiPSs）的穿梭效应以及硫的缓慢氧化还原动力学，尤其是在高硫负载下，严重阻碍了Li-S电池的广泛应用。

深圳大学田冰冰、中国矿业大学（徐州）张金勇、南昌大学敖昕等开发了一种Ni-CeO₂异质结构掺杂碳纳米纤维（Ni-CeO2-CNF）作为 S 主体。

图1 S@Ni-CeO₂-CNF的合成示意图以及在Li-S电池中的工作原理

实验测试和理论计算表明，Ni-CeO₂异质结构结合了强吸附性、高催化活性和良好的导电性，在LiPSs的吸附和催化转化之间取得了平衡，其中锚定在异质结构上的LiPSs可以直接从集流体中获取电子，实现S₈和Li₂S之间的快速转换。交联的碳纳米纤维还可以增强正极的导电性，并充当阻止LiPSs穿梭的第二道屏障。

图2 主体基质和LiPSs之间的化学相互作用

因此，在存在Ni-CeO₂-CNF的情况下，S正极表现出优异的长期循环稳定性（在2 C下1000次循环中具有每循环0.046%的低衰减率）和高倍率性能（3 C，553.8 mAh g ^-1）。此外，当S负载量高达6 mg cm^-2时，即使在0.1 C下循环50次后，也可以获得5.3 mAh cm^-2的高可逆面积容量。

该研究为适应LiPSs吸附和转化的热力学和动力学特性提供了一种有效的策略。考虑到高硫负载下的高可逆面积容量，这种Li-S电池在无人机、电动汽车、便携式电子产品和医疗设备中显示出巨大的应用潜力。

图3 Li-S电池性能

Ni-CeO2 Heterostructures in Li-S Batteries: A Balancing Act between Adsorption and Catalytic Conversion of Polysulfide. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202105538