全北国立大学AEM：多功能异质结构实现高性能锂硫电池

可充锂硫电池（LSBs）因其高理论比容量和能量密度而被认为是下一代储能设备有希望的候选者。然而，S、Li₂S₂/Li₂S的绝缘性和高阶多硫化锂（LiPSs）的穿梭效应阻碍了它的实际应用。

韩国全北国立大学Nam Hoon Kim、Joong Hee Lee等采用同轴自模板生长法制备了由N掺杂碳层和碳纳米管框架(NC-CNT)封装的CoSe₂/Co₃O₄异质结构，以增强LiPSs的转化反应动力学和吸附能力。

图1 不同材料的吸附和催化工作机理示意图

利用各组分的优势，导电通道、电解液和吸附催化剂（CoSe₂/Co₃O₄）之间的三相界面显示出协同效应，从而具有优异的导电性、强的LiPSs键合和高催化活性。CoSe₂/Co₃O₄异质结构的丰富活性位点可以在Co₃O₄位点吸LiPSs，然后扩散到CoSe₂区域以加速转化反应。高导电通道NC-CNT框架可进一步促进电化学反应。

此外，这种均匀的CoSe₂/Co₃O₄异质结构富含亲硫活性位点，可以实现Li₂S的均匀沉淀。最后，CoSe₂/Co₃O₄@NC-CNT的高孔隙率和大表面积可以适应高S负载并减少“死硫”现象。

图2 LiPSs在不同硫主体中的吸附和催化转化活性

因此，CoSe₂/Co₃O₄@NC-CNT/S正极表现出优异的倍率性能（在0.1 C时为1457 mAh g^-1，在5 C的高倍率下仍保持≈688 mAh g^-1）。当在2 C下长期进行充放电时，CoSe₂/Co₃O₄@NC-CNT/S正极具有≈780 mAh g^-1的高初始比容量，并在500次循环后保持≈602 mAh g^-1。

值得注意的是，即使在≈10.1 mg cm^-2的超高硫负载和贫电解液条件下，电池也可以完全运行。这项工作强调了合理设计异质结构的新策略，以鼓励LSBs的工业应用。

图3 锂硫电池电化学性能

Uniformly Controlled Treble Boundary Using Enriched Adsorption Sites and Accelerated Catalyst Cathode for Robust Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202102805

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全北国立大学AEM：多功能异质结构实现高性能锂硫电池

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