电池圈女版Goodenough，Linda F. Nazar教授，最新AEM！

全固态Li-S 电池是一种很有前途的储能系统，其可以解决多硫化物在液态Li-S 电池中的穿梭效应。然而，固态反应动力学迟缓和正极材料的低电导率阻碍了其发展。

在此，滑铁卢大学Linda F. Nazar团队报告了一种内嵌 CuS 纳米颗粒（CuSNC）的 N 掺杂碳，并将其作为全固态电池中 Li₂S 的宿主。结合 X 射线衍射 (XRD)、X 射线光电子能谱 (XPS)、X 射线吸收图谱 (XAS)、电子显微镜和密度泛函理论 (DFT) 计算进行的电化学研究表明，CuSNC 与 Li₂S 具有良好的亲和性。

结果显示，该策略降低了电荷上 Li₂S 向硫转化的活化能垒，表明 CuS 表面具有电催化效应。与掺杂 N 的石墨烯相比，正极中 Li⁺的扩散和反应动力学均得到了增强。CuSNC/Li₂S 正极在 100 个循环后的平均容量达到 1.8 mAh cm^-2，保持率为 94%。在 1.0 mA cm^-2 电流密度下，CuSNC/Li₂S 可在 500 次循环中保持稳定的性能，衰减率低（每循环 0.05%）；在较高的 Li₂S 负载下，可提供 9.6 mAh cm^-2 的容量。

图1. 对称电池的DC极化测量

总之，该工作通过嵌入 CuS 纳米晶（CuS-NC）的 N 掺杂碳多孔框架实现了全固态 Li₂S 电池的高性能 CuSNC/Li₂S 正极。DFT 分析表明，与掺杂 N 的石墨烯（NC）相比，CuS 对 Li₂S 具有更好的吸附性、更低的 Li₂S 分解能垒和更低的 Li⁺ 迁移能垒，能以类似电催化的方式有效促进硫转化化学反应。

与 NC/Li₂S 相比，CuS-NC/Li₂S 正极具有更低的充放电过电位和更高的容量，并且在 500 次循环中容量衰减率较低（0.05%）。在 10 mg cm^-2 的高负载下，CuS-NC/Li₂S 的放电容量为 9.6 mAh cm^-2，容量保持率为 92%。因此，该项研究为设计全固态锂离子电池的先进正极材料提供了新视角。

图2. 电池性能对比

A Nanocrystallite CuS/Nitrogen‐Doped Carbon Host Improves Redox Kinetics in All‐Solid‐State Li2S Batteries, Advanced Energy Materials 2024 DOI: 10.1002/aenm.202400845

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