张鹏/邵国胜/丁彬AFM：“三区”配置硫正极实现大面容量锂硫电池！

锂硫（Li–S）电池商业应用的一个主要障碍在于硫的负载不足，这归因于充放电的巨大体积变化、硫和相关硫化物的差导电性以及锂多硫化物（LiPS）的穿梭效应。

郑州大学张鹏、邵国胜、东华大学丁彬等提出了一种通用的“三区”结构，包括：区域I（硫源区）、区域II（LiPS电催化区）和区域III（多功能屏蔽），用于大面容量Li–S电池。

图1 Li-S电池的三区域正极示意图及材料表征

这种结构包括石墨烯负载硫的底部、由TiN负载CNF制成的LiPS吸附和氧化还原中间区，以及由自组装MXene制成的防止LiPS穿梭的锁盖。这种集成的正极组配置具有柔性、功能化的碳网络和MXene，可为离子和电子提供高导电路径，对氧化还原动力学和结构完整性非常有益。

TiN修饰的CNF支架提供了丰富的吸附位点来锚定可溶性LiPS，从而促进硫化锂的原位成核和生长。此外，由于 MXene更强的吸附能力，任何残留的LiPS都可以被MXene屏蔽，以免从正极区域扩散。

图2 多硫化物的屏蔽及Li₂S的沉积溶解过程

实现显示，三层的协同功能可实现快速氧化还原动力学、高循环稳定性、优异的倍率性能、高可逆面积容量（11.4 mAh cm^-2,10 mg cm^-2）和高全电池能量密度（293.5 Wh Kg^-1, 10.7 mg cm^-2)。

令人印象深刻的是，在弯曲甚至部分损坏的情况下，软包电池仍然可以正常工作，显示出优异的安全性。这项工作为改善高硫负载正极的电化学性能提供了一种新的策略，有助于Li-S电池的实际工业应用。

图3 电化学性能

A “Three-Region” Configuration for Enhanced Electrochemical Kinetics and High-Areal Capacity Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202200302

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张鹏/邵国胜/丁彬AFM：“三区”配置硫正极实现大面容量锂硫电池！

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