​北化工黄雅钦AFM：基于石墨碳氮化物的配位工程助力长寿命高容量锂硫电池

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​北化工黄雅钦AFM：基于石墨碳氮化物的配位工程助力长寿命高容量锂硫电池
锂硫（Li-S）电池因其超高的能量密度而受到学术界和工业界的极大关注。然而，包括锂枝晶形成、多硫化物穿梭和硫反应动力学迟缓在内的技术挑战限制了它们的循环寿命、倍率能力和平均容量，尤其是在高硫负载的情况下。
​北化工黄雅钦AFM：基于石墨碳氮化物的配位工程助力长寿命高容量锂硫电池
图1. 配位工程策略示意
北京化工大学黄雅钦等设计了一种基于富氮石墨氮化碳（g-C3N5）的配位工程策略，以有效应对硫正极和锂负极方面的挑战。具体而言，这项工作在负极上应用了一层新型富含N的石墨氮化碳（g-C3N5），其中的三配位N原子与Li+具有很强的亲和力，可引导锂沉积并有效抑制枝晶的形成。
此外，在正极上施加一层具有高活性双配位N空位和氰基N原子的缺陷g-C3N5），其显著吸附多硫化物并催化可逆转化，以及Li2S的成核和溶解，从而在高硫负载下抑制多硫化物穿梭和提高动力学。
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图2. 动力学研究
因此，这种基于g-C3N5的配位工程策略使锂硫电池在4 C的高电流密度下，在400次循环中表现出高稳定性和低容量衰减率（每循环0.03%），并使锂硫软包电池在9.02 mg cm−2的高硫负载下表现出11.69 mAh cm−2的高面容量，从而证明了锂硫电池在实际应用中的可行性。
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图3. 锂硫电池性能
Coordination Engineering Based on Graphitic Carbon Nitrides for Long-Life and High-Capacity Lithium-Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202313112

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