Nano Letters：从棉花中大规模生产用于锂硫电池的多壁碳纳米管

化石燃料衍生的碳纳米材料的制造过程具有高碳排放。从低成本和可持续的生物质中提取碳材料是环保的。棉花是最丰富的生物质材料之一，天然具有分级多孔结构，这使得活性棉纺织品成为装载活性材料的理想支架。

美国弗吉尼亚大学Xiaodong Li等报道了一种通过汽-液-固(VLS)和固-液-固(SLS)的组合工艺从棉花中大规模生产多壁碳纳米管(MWCNT)的低成本方法。

在这项研究中，棉纺织品被转化为活性炭纺织品(ACTs)，同时棉纺织品被用作基材和碳源来合成Fe/Fe₃C填充的多壁纳米管(Fe/Fe₃C-MWCNT)。原子模拟揭示了棉花如何分解成无定形碳，而无定形碳又成为MWCNT生长的碳源。然后将Fe/Fe₃CMWCNT与ACT结合可用于通过硫渗透构建Li-S电池正极，并作为功能性夹层，研究发现Fe/Fe₃CMWCNT在循环过程中可有效缓冲硫体积变化和限制多硫化物溶解。

图1 锂硫电池电化学

因此，由Fe/Fe₃C-MWCNT@ACT/S正极和Fe/Fe₃C-MWCNT@ACT夹层构建的高性能Li-S电池，具有超高比容量（初始放电容量为877 mAh g^-1，在1 C的高电流密度下循环122次后，该值增加到948 mAh g^-1）、优异的循环稳定性（超过1000次循环）、极低的容量衰减率（每循环0.0496%）和令人印象深刻的倍率能力（电流密度从0.1到1.5C）。这种绿色、可持续和低成本的棉花衍生 Fe/Fe₃C-MWCNT在储能应用方面具有重要的前景。

图2 Fe/Fe₃C-MWCNT@ACT/S正极和Fe/Fe₃C-MWCNT@ACT夹层的研究

Cotton-Derived Fe/Fe3C-Encapsulated Carbon Nanotubes for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries. Nano Letters 2022. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04380

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