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鋰硫（Li–S）電池商業應用的一個主要障礙在于硫的負載不足，這歸因于充放電的巨大體積變化、硫和相關硫化物的差導電性以及鋰多硫化物（LiPS）的穿梭效應。

鄭州大學張鵬、邵國勝、東華大學丁彬等提出了一種通用的“三區”結構，包括：區域I（硫源區）、區域II（LiPS電催化區）和區域III（多功能屏蔽），用于大面容量Li–S電池。

圖1 Li-S電池的三區域正極示意圖及材料表征

這種結構包括石墨烯負載硫的底部、由TiN負載CNF制成的LiPS吸附和氧化還原中間區，以及由自組裝MXene制成的防止LiPS穿梭的鎖蓋。這種集成的正極組配置具有柔性、功能化的碳網絡和MXene，可為離子和電子提供高導電路徑，對氧化還原動力學和結構完整性非常有益。

TiN修飾的CNF支架提供了豐富的吸附位點來錨定可溶性LiPS，從而促進硫化鋰的原位成核和生長。此外，由于 MXene更強的吸附能力，任何殘留的LiPS都可以被MXene屏蔽，以免從正極區域擴散。

圖2 多硫化物的屏蔽及Li₂S的沉積溶解過程

實現顯示，三層的協同功能可實現快速氧化還原動力學、高循環穩定性、優異的倍率性能、高可逆面積容量（11.4 mAh cm^-2,10 mg cm^-2）和高全電池能量密度（293.5 Wh Kg^-1, 10.7 mg cm^-2)。

令人印象深刻的是，在彎曲甚至部分損壞的情況下，軟包電池仍然可以正常工作，顯示出優異的安全性。這項工作為改善高硫負載正極的電化學性能提供了一種新的策略，有助于Li-S電池的實際工業應用。

圖3 電化學性能

A “Three-Region” Configuration for Enhanced Electrochemical Kinetics and High-Areal Capacity Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202200302

原創文章，作者：v-suan，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/15/f57cd12682/

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張鵬/邵國勝/丁彬AFM：“三區”配置硫正極實現大面容量鋰硫電池！

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