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浙大周建倉/夏新輝/張玲潔AM：首次實現(xiàn)！生物自組裝多功能碳纖維用于鋰硫電池！

自然界最奇妙的一個方面是，許多材料都是通過自組裝形成的，這是一種通過自發(fā)過程將大分子、膠體和納米級單體聚集成高度復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。對于人類而言，開發(fā)簡便、可控的自組裝宏觀材料的合成方法仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)，尤其是對于厘米級的碳材料。

浙江大學(xué)周建倉、夏新輝、張玲潔等首次提出了一種新穎且簡便的生物自組裝技術(shù)，可大規(guī)模制備多功能根霉菌絲碳纖維（RHCF）及其衍生物，以用于電化學(xué)儲能。

圖1 根霉菌絲球的制備及RHCF的表征

通過轉(zhuǎn)化根霉菌絲成功制備了交聯(lián)中空碳纖維，并進一步實現(xiàn)了由中空RHCF組成的厘米級碳球的宏觀生產(chǎn)。RHCF呈現(xiàn)3D互連的空心碳網(wǎng)絡(luò)，并顯示出增強的電子轉(zhuǎn)移速率和出色的機械穩(wěn)定性。

此外，RHCF可以作為主體材料與金屬氧化物(CoO)和S、鋰金屬和聚丙烯(PP)隔膜結(jié)合，分別形成新的RHCF/CoO-S正極、RHCF/Li負(fù)極和RHCF/PP隔膜，以用作鋰硫電池(LSBs)的正極、負(fù)極和隔膜。

圖2 RHCF/金屬氧化物復(fù)合材料的制備及表征

對于正極側(cè)，雜原子（N，P）、修飾的CoO納米顆粒和多孔3D結(jié)構(gòu)的綜合作用可增強對多硫化物的物理和化學(xué)吸附并為轉(zhuǎn)化反應(yīng)提供催化作用。合成的 RHCF/PP隔膜可以加速電子轉(zhuǎn)移途徑，阻礙多硫化物的穿梭，并作為第二個集流體來捕獲和再利用活性材料。

在負(fù)極側(cè)，作為穩(wěn)定支架的RHCF可以為均勻的鋰沉積/剝離提供豐富的鋰成核位點，并在電化學(xué)過程中穩(wěn)定鋰和電解液之間的界面。RHCF材料的使用可以在各個方面優(yōu)化氧化還原反應(yīng)，實現(xiàn)具有優(yōu)異循環(huán)容量和高倍率容量的LSBs。

這項工作提出的方法為微生物組裝碳材料的制備打開了一扇新的大門，并驗證了它們在儲能領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價值。

圖3 鋰硫電池性能

Multifunctional Hyphae Carbon Powering Lithium Sulfur Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202107415

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