李峰/孙振华AFM：非碳主导的催化剂架构实现双高能量密度锂硫电池

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李峰/孙振华AFM：非碳主导的催化剂架构实现双高能量密度锂硫电池
由于碳的低振实密度/低催化活性与不含碳的金属基化合物之间容易团聚使得常用的“碳催化剂”结构作为硫主体难以同时实现锂硫（Li–S）电池的高质量和体积能量密度。
李峰/孙振华AFM：非碳主导的催化剂架构实现双高能量密度锂硫电池
在此，中国科学院金属研究所李峰研究员，孙振华研究员等人报道了一种使用大孔磷化镍/钴(NiCoP)作为锂-硫电池硫宿主的非碳主导催化结构。其中，可容纳大量硫的大孔骨架通过加速e– 输运、Li+扩散以及Ni2P/CoP异质结构优越的吸附和催化活性，加速了电化学反应动力学。
此外，高振实密度（0.45 g cm−3）和坚硬的机械特性有助于NiCoP@S电极在压制和滚压过程后具有优异的结构和物理化学稳定性。这些特性使得Li-S电池在高硫负载量（10.2 mg cm−2）和贫电解质（电解质/硫为2 μL mg−1）的条件下表现出优异的电化学性能。
李峰/孙振华AFM：非碳主导的催化剂架构实现双高能量密度锂硫电池
图1. NiCoP催化骨架对LiPS吸附转化的影响
总之，该工作报告了一种硫宿主材料—大孔3D NiCoP框架。该材料使Li-S电池具有双倍高能量密度。容纳丰富硫的大孔骨架可以通过快速电子传输、锂离子扩散以及固有镍的优异吸附和催化活性来加速电化学反应动力学。这些特性使Li-S电池能够在高硫负荷和稀少电解质条件下实现出色的电化学性能。
此外，高振实密度和硬质机械特性有助于NiCoP@S电极在压制和轧制工艺后具有出色的结构和物理化学稳定性。因此，组装好的软包电池可以同时提供345.2 Wh kg−1的质量能量密度和令人印象深刻的952.7 Wh L−1的体积能量密度。
李峰/孙振华AFM：非碳主导的催化剂架构实现双高能量密度锂硫电池
图2. 全电池性能
Non-Carbon-Dominated Catalyst Architecture Enables Double-High-Energy-Density Lithium–Sulfur Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.20230821

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