国防科大AFM：高性能锂硫电池，循环900次，比能量372 Wh/kg

尽管锂-硫（Li-S）电池的理论能量密度很高，但却受到实际挑战的阻碍，包括迟缓的转化动力学和多硫化物的穿梭效应。

查尔姆斯理工大学Shizhao Xiong、国防科技大学郑春满、孙巍巍等报道了一种锚定有单分散亚10纳米FeS2纳米团簇的氮掺杂连续多孔碳（CPC）宿主（CPC@FeS2）作为硫正极的高效催化性基体。

图1 正极宿主的合成和电催化过程的示意图

研究显示，CPC@FeS2宿主的协同工程为硫的高负载量和硫物质转化过程中的巨大体积变化提供了较大的内部空间。此外，该宿主为多硫化物的吸附和固体中间产物如Li2S2的转化提供了丰富的催化活性点。因此，Li2S2到Li2S的固-固转化的迟缓动力学得到了明显的促进，有助于抑制穿梭效应和活性物质的高利用率。

图2 多硫化物与CPC@FeS2宿主之间的相互作用

因此，优化的硫正极(S/CPC@FeS2)具有高比容量、提高的倍率性能和长期循环稳定性，900次循环中的每循环容量衰减率为0.043%。在8.5 mAh cm-2的高面容量、8.4 mg cm-2的高硫负载和超低的E/S比（3.5 µL mg-1）条件下，采用这种正极的Li-S软包电池具有338 Wh kg-1的竞争能量密度。此外，硫负载量和E/S比的优化可以将Li-S软包电池的能量密度提升至创纪录的372 Wh kg-1。因此，该研究结果揭示了具有高效电催化剂和导电网络的先进碳主体的设计，以用于高性能硫正极以及实用的锂硫电池。

图3 扣式Li-S电池的电化学性能

参考文献

Monodispersed FeS2 Electrocatalyst Anchored to Nitrogen-Doped Carbon Host for Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202205471