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邵國勝/王卓/劉金平ACS Nano：低E/S比、高S負載鋰硫電池的多功能硫主體

低電解液/硫比（E/S）是促進鋰硫電池（LSB）獲得理想能量密度的關鍵因素。然而，它會導致多個問題，包括在循環和儲存過程中的強烈“穿梭效應”，以及硫的利用率有限等。

在此，鄭州大學邵國勝教授、王卓副教授及武漢理工大學劉金平教授等人為了同時解決上述兩個問題，以TiO₂（TO）和NaOH為原料在碳布上制備了Na₂Ti₆O₁₃（NTO）陣列作為多功能主體，以在低E/S條件下同時實現長循環穩定性、持久性和高硫利用率。

在這樣的結構中，來自暴露的Ti和Na陽離子的協同共吸附位點確保了NTO促進多硫化物（PS）快速轉化為不溶性硫化物，并能夠強吸附含硫物質。在放電-充電循環和延長存儲過程中可以有效抑制電解液中PSs的積累，從而確保LSBs的循環和保質期。

圖1. Li₂S_n吸附能DFT計算

此外，直接生長在3D碳布上的陣列結構對電解液具有良好的潤濕能力，并提供優化的傳輸路線，從而增強了低E/S下的有效電化學過程。

由于這些優勢，使用這種正極的LSBs能夠在超過4 mg cm^-2的硫負載量以及5:1的低E/S下表現出高硫利用率、穩定的循環性能和優異的保質期。這項工作表明，具有協同多離子吸附位點的陣列材料是LSB的有希望的宿主。

圖2. TO/S和NTO/S正極的電化學性能對比

Array-Structured Double-Ion Cooperative Adsorption Sites as Multifunctional Sulfur Hosts for Lithium-Sulfur Batteries with Low Electrolyte/Sulfur Ratio, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c05536

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