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孫學(xué)良最新Small Methods: 通過增材制造和化學(xué)強(qiáng)化正極實(shí)現(xiàn)高性能鋰硫電池

為了提高鋰硫（Li-S）電池正極的可逆容量和長期循環(huán)穩(wěn)定性，學(xué)界已經(jīng)做了大量的研究。然而，在高硫負(fù)載下，由于穿梭效應(yīng)和較差的Li⁺傳輸，在循環(huán)過程中容易發(fā)生不可逆的Li容量損失仍然是個挑戰(zhàn)。

為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，加拿大西安大略大學(xué)孫學(xué)良教授等人采用雙機(jī)制方法開發(fā)了一種化學(xué)和物理增強(qiáng)的Li-S正極。

一方面，增材制造用于在高硫負(fù)載正極內(nèi)構(gòu)建大量微通道，從而實(shí)現(xiàn)理想的多硫化鋰沉積機(jī)制并改善Li⁺和電子運(yùn)輸。同時(shí)，硫化鈷（CoS_x）被摻入正極組合物中，并在循環(huán)過程中表現(xiàn)出對多硫化鋰的強(qiáng)吸附行為。

圖1. 高負(fù)載鋰硫電池的電化學(xué)性能

因此，通過物理和化學(xué)增強(qiáng)的鋰硫正極的設(shè)計(jì)獲得了優(yōu)異的電化學(xué)性能。在硫負(fù)載為8 mg cm^-2的條件下，所報(bào)道的電極初始容量為 1118.8 mAh g^-1，電流密度為3 mA cm^-2時(shí)循環(huán)150次后可逆容量為 771.7 mAh g^-1。

這項(xiàng)工作表明，增材制造（3D打印）的化學(xué)強(qiáng)化硫正極是實(shí)現(xiàn)高性能鋰硫電池的可行途徑。

圖2. CoS_x在LiPS溶解中的吸附示意圖及XANES測試

Realizing High-Performance Li-S Batteries through Additive Manufactured and Chemically Enhanced Cathodes, Small Methods 2021. DOI: 10.1002/smtd.202100176

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