鲍哲南/崔屹最新AEM: 大佬“花”式科研！Ni修饰碳花/硫正极用于贫电解液锂硫电池

锂硫 (Li-S) 电池通过一系列可溶性多硫化锂中间体 (LiPSs) 在硫和硫化锂 (Li₂S) 之间发生可逆转化反应，从而实现 1675 mAh g^-1的高理论比容量。然而，该工艺极化较大，硫利用率低，容易产生临界容量衰减。

迄今为止，解决这个问题的主要方法是将硫渗透到纳米碳中。但大多数使用多孔碳作为主体材料的研究都使用高电解液/硫比 (E/S)（通常> 15 µL mg^-1）进行测试，这会损害电池级的能量密度。

在此，美国斯坦福大学鲍哲南教授、崔屹教授等人报道设计了一种可以解决上述问题的带有镍纳米颗粒的花状多孔碳结构。这种3D碳花 (CF) 状结构可实现较短的离子传输长度，它具有优异的高比表面积（>3300 m² g^-1），孔径小于5 nm。

与传统碳结构相比，碳花的暴露花瓣结构和嵌入纳米花瓣可以提供更快的扩散途径。此外，随着在CF结构上加入Ni纳米颗粒，作者观察到与LiPS的更强化学相互作用以及更好的反应动力学。所有这些优点表明CF是S的理想宿主。

图1. 碳花及碳片的表征

验证实验显示，Ni-CF/S电极在C/10（含硫量为64%）下循环50次后仍可保持其原始容量的87%。此外，在高质量负载（5 mg cm^-2）和低E/S比（5 µL mg^-1）条件下，电极经150次循环后容量仍保留70%。

这种使用CF作为主体材料并添加镍纳米粒子以改善动力学反应和稳定性的简单有效策略是在长循环中获得高实用功率和能量密度的关键，促进了Li-S电池的实际应用。

图2. CF/S和Ni-CF/S电极的电化学性能

A Nickel-Decorated Carbon Flower/Sulfur Cathode for Lean-Electrolyte Lithium-Sulfur Batteries, Advanced Energy Materials 2021. DOI:10.1002/aenm.202101449

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