山大徐立强EnSM: 基于超细硼化锆纳米颗粒构建锂硫电池的双向催化剂

多功能主体材料具有高导电性和强化学吸附能力，可以定向催化多硫化锂的电化学转化，因此，其合理的设计被认为是解决锂硫电池臭名昭著的“穿梭效应”的有效策略。

在此，山东大学徐立强教授等人通过固态合成在相对较低的温度（600 °C）下方便地制备了高电导率的超细硼化锆 (ZrB₂) 纳米粒子，并将其用作锂硫电池的硫主体材料，其超细颗粒（~10 nm）可以有效地增加活性位点。

此外，得益于其优异的导电性、催化转化能力和多硫化物的化学吸附能力，所获得的ZrB₂基正极在倍率测量中显示出在0.1 C时1501 mAh g^-1和2 C时870 mAh g^-1的高容量。此外，ZrB₂/NG（掺氮石墨烯）/S正极在5 C下4000次循环期间每个循环的衰减率为0.02%，在20 C的超高倍率下可提供约400 mAh g^-1的容量。

图1. ZrB₂/NG/S正极在0.1 C和5 C时的循环性能

要实现实际应用中锂硫电池的高能量密度，需要增加硫负载并减少电解液用量。验证实验显示，在 8.03 mg cm^-2的高硫负载和贫电解液（E/S = 8 μL mg^-1）条件下，该正极获得了8.08 mAh cm^-2的高面积容量。即使在1 C的高倍率下，具有7.77 mg cm^-2质量负载的正极面积容量高达6.43 mAh cm^-2。这些结果表明硼化锆的高导电性、强极性和双向催化性能促进了多硫化物在空间中的转化。

与报道的其他类型的功能材料相比，B和Zr可以协同调节多硫化物转化动力学，为高性能硫正极结构的合理设计提供了理论依据。同时，该工作的材料制备策略为其他硼化物和纳米材料的合成提供了指导，有助于进一步推动硼化物在锂硫电池中的应用。

图2. 基于ZrB₂/NG/S正极的软包电池的电化学性能

Ultrafine zirconium boride nanoparticles constructed bidirectional catalyst for ultrafast and long-lived lithium-sulfur batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.039

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山大徐立强EnSM: 基于超细硼化锆纳米颗粒构建锂硫电池的双向催化剂

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