鋰硫（Li-S）電池由于高能量密度和低成本，在過去的二十年里引起了相當(dāng)多的關(guān)注。然而，由于硫的差導(dǎo)電性、可溶性多硫化鋰（LiPSs）的穿梭效應(yīng)以及硫的緩慢氧化還原動力學(xué)，尤其是在高硫負(fù)載下，嚴(yán)重阻礙了Li-S電池的廣泛應(yīng)用。

深圳大學(xué)田冰冰、中國礦業(yè)大學(xué)（徐州）張金勇、南昌大學(xué)敖昕等開發(fā)了一種Ni-CeO₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)摻雜碳納米纖維（Ni-CeO2-CNF）作為 S 主體。

圖1 S@Ni-CeO₂-CNF的合成示意圖以及在Li-S電池中的工作原理

實(shí)驗(yàn)測試和理論計(jì)算表明，Ni-CeO₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)合了強(qiáng)吸附性、高催化活性和良好的導(dǎo)電性，在LiPSs的吸附和催化轉(zhuǎn)化之間取得了平衡，其中錨定在異質(zhì)結(jié)構(gòu)上的LiPSs可以直接從集流體中獲取電子，實(shí)現(xiàn)S₈和Li₂S之間的快速轉(zhuǎn)換。交聯(lián)的碳納米纖維還可以增強(qiáng)正極的導(dǎo)電性，并充當(dāng)阻止LiPSs穿梭的第二道屏障。

圖2 主體基質(zhì)和LiPSs之間的化學(xué)相互作用

因此，在存在Ni-CeO₂-CNF的情況下，S正極表現(xiàn)出優(yōu)異的長期循環(huán)穩(wěn)定性（在2 C下1000次循環(huán)中具有每循環(huán)0.046%的低衰減率）和高倍率性能（3 C，553.8 mAh g ^-1）。此外，當(dāng)S負(fù)載量高達(dá)6 mg cm^-2時(shí)，即使在0.1 C下循環(huán)50次后，也可以獲得5.3 mAh cm^-2的高可逆面積容量。

該研究為適應(yīng)LiPSs吸附和轉(zhuǎn)化的熱力學(xué)和動力學(xué)特性提供了一種有效的策略?？紤]到高硫負(fù)載下的高可逆面積容量，這種Li-S電池在無人機(jī)、電動汽車、便攜式電子產(chǎn)品和醫(yī)療設(shè)備中顯示出巨大的應(yīng)用潛力。

圖3 Li-S電池性能

Ni-CeO2 Heterostructures in Li-S Batteries: A Balancing Act between Adsorption and Catalytic Conversion of Polysulfide. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202105538