開發高性能的硫正極對于解決鋰硫電池中低表面積硫負載、多硫化物的穿梭和轉化緩慢等問題具有重要意義。

北京科技大學顧有松、閆小琴等人報道了一種由固定在碳泡沫中的Co納米顆粒和Co-Nx共摻雜碳納米管構成的三維自支撐框架（Co-NCNT@CF），并將其作為一種新型硫主體進行了研究。

Co-NCNT@CF具有以下幾個優勢：

1）相互連接的導電碳網絡為電化學過程中的快速電子和離子轉移提供了一條高速路徑；

2）大的比表面積和孔體積提高了硫的負載量，并使Co-Nx活性中心有效地暴露于LiPSs中間體中；

3）豐富的Co-Nx活性中心通過Lewis酸堿相互作用對LiPSs提供強大的吸附能力，抑制穿梭效應；

4）分散良好的Co-Nx活性中心可以調控LiPSs的催化轉化，并通過改變電子分布來加速Li₂S的緩慢動力學沉積過程。

圖1 材料合成及表征

受益于上述特性，設計的正極在0.1 C時表現出高容量（1259 mAh g^-1）和優異的循環性能，在3 C的高電流密度下500次循環中具有每圈0.038%的超低衰減率。

在高硫負載(7.0 mg cm^-2)和貧電解液(E/S=5 μL mg^-1)條件下，復合正極在0.1 C下循環100次后仍可實現4.34 mAh cm^-2的高面積容量。這項工作提供一種用于制備高效鋰硫電池的自支撐正極材料的低成本途徑。

圖2 電化學性能

Multifunction Co-Nx Species to Manipulate Polysulfides Conversion Kinetics toward Highly Efficient Lithium-Sulfur Batteries. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106426