​复旦余学斌AFM: 铜和钴纳米颗粒实现铝硫电池高度稳定性和快速的动力学

铝硫（Al-S）电池因其高能量和安全性而被视为前景广阔的储能设备。然而，铝-硫电池中 S ↔ Al₂S₃ 反应动力学缓慢、寿命短等问题限制了其实际应用。

在此，复旦大学余学斌团队通过结合吸附性铜、催化性钴和导电氮掺杂碳基体的优点，制备双金属修饰氮掺杂碳（Cu1Co1@NC）材料。S@Cu1Co1@NC表现出优异的电化学性能（在1.5 A g⁻¹下循环320次后提供317.5 mAh g⁻¹的高容量）。此外，Cu赋予的强Al亲和性和具有Co增强电导率的坚固3D支架可以调节Al³⁺沉积/剥离并成功抑制Al枝晶。

因此，Cu1Co1@NC 显示出可忽略不计的 Al 成核过电势，并提供超长寿命 (>10 000 h) 和出色的可逆性（库仑效率 = 99.8–99.9%）。更重要是是，以 Cu1Co1@NC 作为二合一主体构建的Al-S 电池表现出优异的容量保留和增强的可逆性。

图1. DFT计算

总之，该工作利用Cu1Co1@NC 既作为Al-S 电池的硫宿主，也作为 Al³⁺ 沉积/剥离的基底,实现优异的电化学性能。具体而言，Cu具有高效吸附硫化铝的能力，可有效抑制穿梭效应，而Co可催化 S ↔ Al₂S₃ 的转化反应。在 Cu 和 Co 的共同作用下，Al-S 电池具有出色的循环稳定性和反应动力学性能。在铝负极侧，Cu1Co1@NC 中的 Cu 对 Al³⁺ 具有很高的亲和性，并能引导铝的均匀成核，从而极大地防止了铝枝晶的生长。

此外，由 Co 增强的三维多孔网络和高导电性可适应体积变化并耗散局部电流密度，从而进一步促进铝均匀沉积。因此，该工作为进一步提高Al-S 电池的性能，设计了一种具有更紧密活性位点的新型催化系统。

图2. 电池性能

Copper and Cobalt Nanoparticles Enable Highly Stable and Fast Kinetics of Al–S Batteries， Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202307486