郑大/悉尼科技大学EnSM: 用于高性能锂硫全电池正负极保护的二合一主体

同时实现正极和负极保护对于开发实用的锂硫（Li-S）电池至关重要。目前，许多研究致力于解决与硫正极上的穿梭效应或锂负极上的枝晶生长相关的问题。然而，很少有双边保护的研究报道。

在此，郑州大学徐晶副教授、金前争副研究员及澳大利亚悉尼科技大学汪国秀教授、刘浩等人合理设计和合成了嵌入ZnSe-CoSe₂异质结构的蛋黄壳氮掺杂碳骨架（ZnSe-CoSe₂ @NC），作为硫正极和锂负极保护的“二合一”主体。其中，分散良好的ZnSe-CoSe₂异质结构纳米颗粒赋予支架良好的导电性和增强的表面氧化还原动力学。

当用作负极主体时，原位形成的Li₂Se相有助于Li⁺转移，CoSe₂和ZnSe原位转化为金属Co、Zn并作为优选的锂成核位点，有效地调节了随后的锂均匀沉积。同时，作为正极主体，ZnSe-CoSe₂ @NC已证明具有对多硫化物的强化学吸附能力和催化多硫化物三相（固-液-固）转化的优点，可以抑制穿梭效应并促进多硫化物的高效转化。这些机制已通过原位拉曼光谱、DFT计算和Li₂S沉淀实验得到验证。

图1. ZnSe-CoSe₂ @NC主体优势表征及计算

此外，与单金属硒化物相比，异质结构ZnSe-CoSe₂赋予正极主体优异的电子导电性、强的多硫化物化学吸附和高效的多硫化物氧化还原催化活性。结合这些优势，基于该主体的Li-S全电池在2 C下表现出出色的倍率性能（773.8 mAh g^-1）和超过1000次循环的超长循环寿命，每个循环的容量衰减仅为0.047%。

即使在高硫负载量（6.08 mg cm^-2）和贫电解液（4.1 μL mg^-1）的情况下，Li-S全电池在0.2 C下循环100次后仍能实现4.16 mA h cm^-2的高面积容量。这项工作不仅为锂硫全电池的结构设计提供了新的途径，而且提高了活性电极材料的利用率。

图2. Li-S全电池的电化学性能

Heterostructure ZnSe-CoSe₂ Embedded with Yolk-shell Conductive Dodecahedral as Two-in-one Hosts for Cathode and Anode Protection of Lithium–Sulfur Full Batteries, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.02.010