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多功能主體材料具有高導電性和強化學吸附能力，可以定向催化多硫化鋰的電化學轉化，因此，其合理的設計被認為是解決鋰硫電池臭名昭著的“穿梭效應”的有效策略。

在此，山東大學徐立強教授等人通過固態合成在相對較低的溫度（600 °C）下方便地制備了高電導率的超細硼化鋯 (ZrB₂) 納米粒子，并將其用作鋰硫電池的硫主體材料，其超細顆粒（~10 nm）可以有效地增加活性位點。

此外，得益于其優異的導電性、催化轉化能力和多硫化物的化學吸附能力，所獲得的ZrB₂基正極在倍率測量中顯示出在0.1 C時1501 mAh g^-1和2 C時870 mAh g^-1的高容量。此外，ZrB₂/NG（摻氮石墨烯）/S正極在5 C下4000次循環期間每個循環的衰減率為0.02%，在20 C的超高倍率下可提供約400 mAh g^-1的容量。

圖1. ZrB₂/NG/S正極在0.1 C和5 C時的循環性能

要實現實際應用中鋰硫電池的高能量密度，需要增加硫負載并減少電解液用量。驗證實驗顯示，在 8.03 mg cm^-2的高硫負載和貧電解液（E/S = 8 μL mg^-1）條件下，該正極獲得了8.08 mAh cm^-2的高面積容量。即使在1 C的高倍率下，具有7.77 mg cm^-2質量負載的正極面積容量高達6.43 mAh cm^-2。這些結果表明硼化鋯的高導電性、強極性和雙向催化性能促進了多硫化物在空間中的轉化。

與報道的其他類型的功能材料相比，B和Zr可以協同調節多硫化物轉化動力學，為高性能硫正極結構的合理設計提供了理論依據。同時，該工作的材料制備策略為其他硼化物和納米材料的合成提供了指導，有助于進一步推動硼化物在鋰硫電池中的應用。

圖2. 基于ZrB₂/NG/S正極的軟包電池的電化學性能

Ultrafine zirconium boride nanoparticles constructed bidirectional catalyst for ultrafast and long-lived lithium-sulfur batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.039

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山大徐立強EnSM: 基于超細硼化鋯納米顆粒構建鋰硫電池的雙向催化劑

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