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孫學良最新Small Methods: 通過增材制造和化學強化正極實現高性能鋰硫電池

為了提高鋰硫（Li-S）電池正極的可逆容量和長期循環穩定性，學界已經做了大量的研究。然而，在高硫負載下，由于穿梭效應和較差的Li⁺傳輸，在循環過程中容易發生不可逆的Li容量損失仍然是個挑戰。

為了應對上述挑戰，加拿大西安大略大學孫學良教授等人采用雙機制方法開發了一種化學和物理增強的Li-S正極。

一方面，增材制造用于在高硫負載正極內構建大量微通道，從而實現理想的多硫化鋰沉積機制并改善Li⁺和電子運輸。同時，硫化鈷（CoS_x）被摻入正極組合物中，并在循環過程中表現出對多硫化鋰的強吸附行為。

圖1. 高負載鋰硫電池的電化學性能

因此，通過物理和化學增強的鋰硫正極的設計獲得了優異的電化學性能。在硫負載為8 mg cm^-2的條件下，所報道的電極初始容量為 1118.8 mAh g^-1，電流密度為3 mA cm^-2時循環150次后可逆容量為 771.7 mAh g^-1。

這項工作表明，增材制造（3D打印）的化學強化硫正極是實現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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