AEM：突破！Ah级实用软包锂硫电池，支持无人机10分钟巡航！

锂硫（Li-S）电池作为一种储能技术的实现，取决于在商业上相关软包电池规模下释放出的实际性能。通常情况下，大规模、高硫负载的Li-S电池的异质性和多孔性需要增加电解液，并阻碍电子传导。改进的正极结构提供了一条在大电池规模下获得强大性能的途径。

澳大利亚蒙纳士大学Mahdokht Shaibani、Matthew Roland Hill、Mainak Majumder等开发了一种采用高度羧基化和表面带负电荷的纤维素纳米纤维作为骨架的新正极，解决了上述问题。

图1. CNF和硫正极的偏光显微镜图像和示意图

高羧基化CNF的重大贡献可以概括为两个相关的方面：首先，具有低长宽比的高负电荷CNFs能够自然地分层排列，从而形成具有均匀表面光洁度的均匀而密集的电极。采用低孔隙率的自组织CNF电极大大减少了电解液的使用量，而且正极的光滑表面减轻了负极上的枝晶形成。其次，高表面带电和中孔的CNF骨架有助于优化曲折度和均匀的颗粒分散，从而改善动力学、提高工作电压，进而提高能量密度。

图2. 扣式电池性能

因此，CNF硫正极即使在16mg cm^-2的硫负载下也能提供高的离子和电子传导性，其面积容量高达21 mAh cm^-2，相当于1400 mAh g^-1的比容量和81%的硫利用率，同时在50次循环中达到>98%的库伦效率（CE）。

此外，这项工作还展示了Ah级软包Li-S电池，其初始容量超过1200 mAh g^-1，面容量约为15 mAh cm^-2，获得了高达330 Wh kg^-1的重量能量密度和480 Wh L^-1的体积能量密度，超过了文献中报道的大多数软包Li-S电池。无人机巡航10分钟的演示也表明，轻质Li-S电池可以带来关键的运行优势，如延长航程。

图3. 软包电池性能

Sulfur Cathodes with Self-Organized Cellulose Nanofibers in Stable Ah-Level, >300 Wh kg−1 Lithium–Sulfur Cells. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202474

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