上硅所ACS Nano：废弃生物质衍生材料用于高性能锂-硫电池

锂硫（Li-S）电池因其高能量密度和使用资源丰富、成本低廉的硫而成为研究热点。然而，Li-S电池的商业化进程受到了多硫化物转换反应动力学缓慢和“穿梭效应”等问题的严重阻碍。这些问题导致了电池的快速容量衰减和低充放电效率，限制了其在实际应用中的性能表现。

在此，中国科学院上海硅酸盐研究所李驰麟团队基于双金属单原子系统的中继型协同作用，以实现高倍率和长寿命的Li-S电池。作者利用废弃蚕丝织物衍生的多孔N掺杂碳作为宿主材料，并通过简便的离子热法在其上均匀锚定了Fe/Co双金属单原子，制备了一种新型的多功能宿主材料（DSA-SilkC）。

与传统的单金属单原子催化剂相比，DSA-SilkC中的Fe和Co双金属单原子显示出显著的协同效应，能有效促进多硫化物的转换反应动力学。特别是在长链多硫化物向Li₂S₄的还原过程中，Co单原子起到了关键作用；而在随后的Li₂S₄向Li₂S的液固转换过程中，Fe单原子则发挥了加速作用。基于此，该电池在0.1 C的低倍率下展现出了1399.0 mA h g⁻¹的高比容量，在10 C的高倍率下仍能保持538.6 mA h g⁻¹的放电容量，并在2 C的高倍率下经过1000个循环后，容量衰减率仅为0.048%每循环。

图1. DSA-SilkC制备示意图

总之，该工作不仅为Li-S电池的性能提升提供了一种新策略，而且通过使用废弃生物质衍生的碳材料，展示了一种环保且可持续的能源存储解决方案。基于DSA-SilkC的Li-S电池在高硫载量和贫电解液条件下的优异性能，证明了其在推动Li-S电池商业化进程中的潜在价值。因此，该项工作为高能量密度和长寿命锂硫电池的设计提供了重要的指导和启示，有望在未来的能源存储领域中发挥重要作用。

图2. 电池性能

Relay-Type Catalysis by a Dual-Metal Single-Atom System in a Waste Biomass Derivative Host for High-Rate and Durable Li–S Batteries, ACS Nano 2024 DOI: 10.1021/acsnano.3c09919

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