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Nano Letters：從棉花中大規(guī)模生產用于鋰硫電池的多壁碳納米管

化石燃料衍生的碳納米材料的制造過程具有高碳排放。從低成本和可持續(xù)的生物質中提取碳材料是環(huán)保的。棉花是最豐富的生物質材料之一，天然具有分級多孔結構，這使得活性棉紡織品成為裝載活性材料的理想支架。

美國弗吉尼亞大學Xiaodong Li等報道了一種通過汽-液-固(VLS)和固-液-固(SLS)的組合工藝從棉花中大規(guī)模生產多壁碳納米管(MWCNT)的低成本方法。

在這項研究中，棉紡織品被轉化為活性炭紡織品(ACTs)，同時棉紡織品被用作基材和碳源來合成Fe/Fe₃C填充的多壁納米管(Fe/Fe₃C-MWCNT)。原子模擬揭示了棉花如何分解成無定形碳，而無定形碳又成為MWCNT生長的碳源。然后將Fe/Fe₃CMWCNT與ACT結合可用于通過硫滲透構建Li-S電池正極，并作為功能性夾層，研究發(fā)現(xiàn)Fe/Fe₃CMWCNT在循環(huán)過程中可有效緩沖硫體積變化和限制多硫化物溶解。

圖1 鋰硫電池電化學

因此，由Fe/Fe₃C-MWCNT@ACT/S正極和Fe/Fe₃C-MWCNT@ACT夾層構建的高性能Li-S電池，具有超高比容量（初始放電容量為877 mAh g^-1，在1 C的高電流密度下循環(huán)122次后，該值增加到948 mAh g^-1）、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（超過1000次循環(huán)）、極低的容量衰減率（每循環(huán)0.0496%）和令人印象深刻的倍率能力（電流密度從0.1到1.5C）。這種綠色、可持續(xù)和低成本的棉花衍生 Fe/Fe₃C-MWCNT在儲能應用方面具有重要的前景。

圖2 Fe/Fe₃C-MWCNT@ACT/S正極和Fe/Fe₃C-MWCNT@ACT夾層的研究

Cotton-Derived Fe/Fe3C-Encapsulated Carbon Nanotubes for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries. Nano Letters 2022. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04380

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