設(shè)計(jì)致密的厚硫正極以獲得貧電解液中的高容量/實(shí)用容量鋰硫電池（LSBs）是非常理想的。然而，嚴(yán)重的Li₂S堵塞和不明確的機(jī)制嚴(yán)重阻礙了其發(fā)展。

廣東工業(yè)大學(xué)李運(yùn)勇等開發(fā)了一種綜合策略，即通過電子供體銅的摻入來(lái)操縱CoP/MXene催化劑的Li₂S氧化還原動(dòng)力學(xué)，同時(shí)構(gòu)建致密的硫正極。

圖1. CuCoP/MXene催化劑促進(jìn)Li₂S氧化還原動(dòng)力學(xué)的示意

具體來(lái)說，通過水熱反應(yīng)在MXene納米片（表示為Cu_xCoP_1-x/MXene）上原位生長(zhǎng)二維幾層銅摻雜的CoP，然后進(jìn)行磷化處理，以作為高效的硫宿主（硫負(fù)載：≈78.6 wt%）。然后，為獲得實(shí)用LSB的優(yōu)異體積性能，通過使用低含量的氧化石墨烯（GO）（≈15wt%）作為 “組裝劑”，形成和收縮S/Cu_0.1Co_0.9P/MXene水凝膠，制備了致密S/Cu_0.1Co_0.9P/MXene正極。

結(jié)果，最佳的S/Cu_0.1Co_0.9P/MXene正極顯示出最高的比容量和最穩(wěn)定的循環(huán)性能。致密的S/Cu_0.1Co_0.9P/MXene正極具有1.95 g cm^-3的高密度和283 S m^-1的高電導(dǎo)率，在0.1 C時(shí)可獲得1664 Ah L^-1的超高體積容量（基于S正極的整個(gè)體積）和1443 mAh g^-1的重量容量（基于S）。在常規(guī)電解液中，在0.2C下，在100次循環(huán)內(nèi)具有卓越的循環(huán)性能（容量保持率=82.6%）。

令人印象深刻的是，在5.0 μL mg_S^-1的低電解也/硫（E/S）比下，致密的厚硫正極在0.1 C下仍然保持著卓越的容積容量（1280 Ah L^-1）和大面容量（≈8.3 mAh cm^-2），即使在3.5 μL mg_S^-1的低E/S比率下，其容積容量仍然保持在1219 Ah L^-1。這種超高的容積容量超過了最近報(bào)道的先進(jìn)硫正極，特別是在貧電解液中。

圖2. S/Cu_0.1Co_0.9P/MXene的電化學(xué)性能

通過對(duì)DFT計(jì)算、動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)的系統(tǒng)分析，證明了Li₂S氧化還原動(dòng)力學(xué)的操縱機(jī)制，這主要源于電子給體Cu的摻入很容易使CoP中的強(qiáng)電負(fù)性Co³⁺轉(zhuǎn)換為弱電負(fù)性Co²⁺，從而延長(zhǎng)了Co-S鍵的鍵長(zhǎng)，進(jìn)一步促進(jìn)了多硫化物和Li₂S在電催化劑表面的擴(kuò)散，使Li₂S成核和分解的擴(kuò)散能壘和活化能降低，從而本質(zhì)上促進(jìn)了Li₂S的氧化還原動(dòng)力學(xué)。

第二，Cu摻雜可以誘導(dǎo)CoP的更多缺陷和空位，為硫的催化轉(zhuǎn)化暴露出更多的活性位點(diǎn)，從而有利于提高Li₂S的氧化還原動(dòng)力學(xué)。第三，致密的硫結(jié)構(gòu)可以賦予大體積的性能，而親水的MXene和石墨烯可以保證在低電解液中良好的電解液滲透性。

圖3. 催化性能對(duì)比

Unraveling the Atomic-Level Manipulation Mechanism of Li2S Redox Kinetics via Electron-Donor Doping for Designing High-Volumetric-Energy-Density, Lean-Electrolyte Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202204192