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鋰硫（Li-S）電池的高能量密度和長循環(huán)壽命受到穿梭/膨脹效應的影響。足夠的硫儲存空間、多硫化物的局部固定和出色的導電性對于穩(wěn)健的正極主體至關重要。

西安交通大學柳永寧、劉艷等提出了一種改進的模板方法來合成高度規(guī)則和均勻的氮/氧雙摻雜蜂窩狀碳作為硫主體（N/O-HC-S）。

圖1 材料制備及表征

N/O-HC雜化材料獨特的蜂窩狀中空結構可以為高負載硫提供大空間，并適應鋰化過程中硫的體積變化。此外，由于氮/氧雙摻雜碳的高導電性，多硫化物可以直接還原和利用，而不需要解吸和擴散到電化學活性表面。氮/氧-碳對多硫化物中間體的這種獨特化學吸附能力歸因于受相鄰氮/氧摻雜劑影響的碳原子的自旋密度和電荷分布。

此外，高度規(guī)則的蜂窩結構可以確保電解液的充分滲透，從而使電極能夠以低E/S比進行充電和放電。

圖2 動力學研究

得益于上述優(yōu)勢，N/O-HC900復合正極表現(xiàn)出1549 mAh g^-1（0.05 C時）的高初始放電容量、0.2 C下100次循環(huán)后97.2%的高容量保持率，0.5 C下500次循環(huán)中每循環(huán)0.055%的低容量衰減和3 C下958 mAh g^-1的出色倍率性能。即使在高硫負載量（7.4 mg cm^-2）下，該正極在0.2 C時仍表現(xiàn)出7.35 mAh cm^-2的高初始面容量。

總體而言，該正極優(yōu)于大多數(shù)報道的通過其他模板方法制備的硫主體材料。這種為多硫化物提供協(xié)同化學吸附、高鋰離子通量和催化轉化的結構可以為構建多硫化物限制結構以實現(xiàn)穩(wěn)健的Li-S電池提供新的策略。

圖3 Li-S電池性能

A Highly Efficient Sulfur Host Enabled by Nitrogen/Oxygen Dual-Doped Honeycomb-Like Carbon for Advanced Lithium–Sulfur Batteries. Small 2022. DOI: 10.1002/smll.202107380

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西交柳永寧/劉艷Small：基于氮/氧雙摻雜蜂窩碳的高效硫主體

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