盡管鋰硫(Li-S)電池有望成為商用鋰離子電池的替代品,但其能量密度受制于所需的大量電解液。貧電解液已被證明能有效緩解這一問題,但會加劇多硫化鋰(LiPS)的聚集,導致硫利用率不足和轉化動力學遲緩。鑒于此,韓國延世大學Sang-Young Lee、清華大學Qiang Zhang、韓國江原大學Young Mee Jung等采用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)氧化的纖維素納米纖維(TOCN)作為貧電解液Li-S電池的擴展納米纖維電極粘合劑。
本文要點:
(1)憑借其一維纖維結構和擴大的葡萄糖鏈間距,TOCN粘合劑為與LiPS的分子間相互作用提供了更多可及活性位點。即使在1 wt%的低TOCN粘合劑含量下,也能有效抑制LiPS團簇形成,同時實現72 wt%的高硫載量。
(2)采用TOCN粘合劑的硫正極使Li-S電池在受限電解液條件下(電解液與硫比低至2.0 μL mgsulfur?1,密度僅為0.927 g mL?1)展現出1221 mAh gsulfur?1的優異比容量,并實現503 Wh kg?1的電池級能量密度,超越了此前報道的基于傳統合成聚合物粘合劑的硫正極性能。
H. Moon, J.-H. Kim, N. Yao, M.-H. Ryou, X. Chen, Y. Park, S.-P. Han, C. Bak, H. Kang, Y. M. Lee, Y. M. Jung, Q. Zhang, S.-Y. Lee, Expanded Nanofibrous Cellulose Electrode Binder: Declustering Lithium Polysulfides for Lean-Electrolyte Li?S Batteries. Adv. Mater. 2025, 2414335.
https://doi.org/10.1002/adma.202414335