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鋰硫電池的實際應(yīng)用仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)，活性硫?qū)щ娦圆?、正極體積膨脹、多硫化鋰（LiPSs）穿梭效應(yīng)等極大地限制了電池的容量，導(dǎo)致循環(huán)性能不理想。因此，硫主體材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性、多孔結(jié)構(gòu)和對LiPS的強(qiáng)大固定能力。

在此，浙江大學(xué)韓偉強(qiáng)教授等人討論和總結(jié)了將雜原子摻雜（包括非金屬原子摻雜和金屬單原子摻雜）引入傳統(tǒng)碳材料（石墨烯、碳納米管等）和新材料（gC₃N₄和MXenes、金屬化合物等）作為 Li-S電池中的硫主體材料，詳細(xì)概述了硫主體材料的獨特特征和電化學(xué)性能改善的機(jī)制。

雜原子摻雜的碳材料可以為LiPS提供強(qiáng)大的化學(xué)吸附，從而提高容量和循環(huán)穩(wěn)定性；通過引入N摻雜，gC₃N₄和MXenes具有前所未有的特性，包括增強(qiáng)的導(dǎo)電性和改進(jìn)的LiPSs固定能力。此外，作者還提出了雜原子摻雜硫主體材料的挑戰(zhàn)和前景。

圖1. gC₃N₄的制備過程示意圖及其摻雜和應(yīng)用

對于碳材料，實現(xiàn)LiPS固定和電導(dǎo)率之間的平衡對于優(yōu)化Li-S電池的電化學(xué)性能具有重要意義，需要對其機(jī)理有更多的了解；對于gC₃N₄，與導(dǎo)電碳材料的復(fù)合可能是提高導(dǎo)電性的更好選擇，需要合理設(shè)計gC₃N₄與碳的配比；

此外，N摻雜量對MXenes和隨后的電化學(xué)性能的影響尚未明確，需要更多的研究來確定最佳值。對于金屬單原子催化劑（SAC）：

1）應(yīng)進(jìn)一步驗證金屬含量對導(dǎo)電性等其他性能的影響；

2）應(yīng)進(jìn)一步制定普適性制備策略；

3）開發(fā)單原子摻雜金屬化合物對于實現(xiàn)高體積能量密度的鋰硫電池是必要的；

4）需要進(jìn)行更多研究以確定哪種金屬原子是SAC獲得最佳性能的最佳選擇。

圖2. 金屬單原子摻雜金屬化合物示例

總之，盡管雜原子摻雜策略面臨很多挑戰(zhàn)，但在未來實現(xiàn)高能量密度和長循環(huán)壽命的鋰硫電池方面顯示出廣闊的前景。

A Review of Heteroatom Doped Materials for Advanced Lithium-Sulfur Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202107166

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浙大韓偉強(qiáng)AFM：用于先進(jìn)鋰硫電池的雜原子摻雜材料綜述

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