金屬硫電池由于其高理論容量和低成本而在電化學(xué)儲(chǔ)能方面受到了極大的關(guān)注，但其進(jìn)一步發(fā)展受到了硫利用率低、電化學(xué)動(dòng)力學(xué)差和硫陰極嚴(yán)重穿梭效應(yīng)的阻礙。為了避免這些問題，寧波大學(xué)Shu Jie通過在水性Cu-S電池中使用N，S共摻雜的分級(jí)多孔竹炭作為硫主體，設(shè)計(jì)了一種三重協(xié)同小分子硫陰極。
本文要點(diǎn)：
1) 除了N，S協(xié)同共摻雜誘導(dǎo)的導(dǎo)電性和化學(xué)吸附性增強(qiáng)外，宏觀/中孔/微孔三元結(jié)構(gòu)的內(nèi)在協(xié)同作用也確保了空間受限的小分子硫作為高效反應(yīng)物，并有效緩解了轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中的體積膨脹。在分級(jí)結(jié)構(gòu)和雜原子摻雜之間的進(jìn)一步聯(lián)合協(xié)同作用下，所得到的硫陰極賦予了Cu-S電池優(yōu)異的電化學(xué)性能。
2) 在5 A g?1下循環(huán)，該電池可以提供2509.8 mAh g?1的高可逆容量，800次循環(huán)后具有97.9%的容量保持率。此外，由小分子硫陰極、鋅陽(yáng)極和凝膠電解質(zhì)構(gòu)建的柔性混合軟包電池可以在各種破壞性條件下穩(wěn)定地提供約1.3 V的平均工作電壓，可逆容量超過2500 mAh g?1，這表明三重協(xié)同小分子硫陰極有望實(shí)現(xiàn)高能金屬硫電池。
Xia Lin et.al A triple-synergistic small-molecule sulfur cathode promises energetic Cu-S electrochemistry PNAS 2023
DOI: 10.1073/pnas.2312091120
https://doi.org/10.1073/pnas.2312091120
