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Andreu Cabot/侴術雷ACS Nano：缺陷硒化銅作為鋰硫電池的多功能硫主體！

鋰硫電池（LSB）因其高能量密度、低成本和環境友好的高潛力而成為最有前途的儲能技術之一，可溶性多硫化鋰（LiPS）的穿梭和緩慢的Li-S轉化動力學是其實際應用的兩個主要障礙。

在此，西班牙加泰羅尼亞能源研究所/巴塞羅那大學Andreu Cabot教授、李夢瑤博士聯合溫州大學侴術雷教授、美國德克薩斯大學奧斯汀分校David Mitlin及王佳傲等人證明了通過基于溶液的簡便方法生產的硒化銅納米粒子（NPs）是LSB正極中有效的多功能硫主體材料。具體而言，作者開發了一種基于將TOP-Se絡合物在220 °C下注入銅前體溶液中的快速合成方案，用于生產硒化銅NPs。

實驗結果和計算數據都證明了硒化銅，尤其是Cu_1.8Se的優異電化學性能，這歸因于1）存在親鋰/親硫位點的組合，這有助于有效捕獲LiPS和促進Li⁺擴散；2）Cu_1.8Se的高導電性與其高密度的銅空位相關；3）電池充放電過程中Li-S反應動力學的大幅改善，包括LiPS相變和Li₂S沉積/溶解。在測試的硒化銅中，有缺陷的立方Cu_1.8Se結構是捕獲LiPS和催化加速Li-S可逆反應的最有效方法。

圖1. 用于生產硒化銅的合成過程示意圖

因此，S/Cu_1.8Se電極在所測試的不同電極中顯示出最大的容量和最佳的倍率性能，在0.2 C時具有1218 mAh g^-1的高容量，在5 C時具有588 mAh g^-1的高容量。此外，高度缺陷的立方Cu_1.8Se表現出最好的可循環性，在3 C下循環1000次后仍保持527 mAh g^-1的高可逆容量，對應于每循環0.029% 的低容量衰減率。

甚至，在0.1 C的電流倍率、高達7.2 mg cm^-2的硫負載下，S/Cu_1.8Se基電池仍具有6.07 mAh cm^-2的高面積容量，這大大超過了工業要求的鋰離子電池面積容量（約4 mAh cm^-2）。作為基于S/Cu_1.8Se正極的LSB應用的實際演示，單個紐扣電池可持續為具有光圖案的電風扇供電。總之，這項工作表明多功能硫主體對LiPS的快速吸附轉化過程具有高吸附和催化能力，可促進LSB的實際應用。

圖2. 基于S/Cu_1.8Se正極的高硫負載LSB性能

Phase Engineering of Defective Copper Selenide toward Robust Lithium–Sulfur Batteries, ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c03788

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