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由于電極沿厚度方向極化，高電極厚度的鋰電池總是具有較差的電池性能。

上海交通大學(xué)胡曉斌等提出了通過在電極中制造三維有序互連納米結(jié)構(gòu)來降低電極極化的概念。

上交胡曉斌Small：3D有序互連納米結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)200μm超厚硫正極！

圖1. CP@NCPC和硫正極制備的總體過程

為驗(yàn)證這一概念，作者在碳紙（CP）的內(nèi)部空間構(gòu)建了一個三維摻氮碳光子晶體（NCPC），以用作鋰電池的電極。NCPC中的孔相互連接、均勻有序、均勻分布且大小完全相同，這大大降低了電子/離子傳輸路徑的曲折性。均勻的結(jié)構(gòu)保證了電子和離子的均勻分布。沿厚度方向的直線電荷轉(zhuǎn)移和均勻的電荷分布減少了電極極化。

此外，它在電極內(nèi)部提供均勻的電化學(xué)反應(yīng)，同時抑制局部過熱并顯著提高電池安全性。另外，這種電極不需要導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和集流體這些惰性材料，可以節(jié)省大量成本。由于合成方法簡單易行，該電極具有極高的制造重現(xiàn)性。

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圖2. 不同電極厚度的鋰硫電池性能

因此，當(dāng)CP@NCPC用于硫正極時，厚電極和薄電極一樣實(shí)現(xiàn)了快速的電荷轉(zhuǎn)移速率和小電壓極化。

100 μm厚的硫正極在0.1 C下的初始比容量為1406.8 mAh g^-1，在5 C下的倍率容量為621.7 mAh g^-1。當(dāng)電極厚度達(dá)到200 μm時，獲得了87% 100 μm厚的硫正極的比容量。相比之下，傳統(tǒng)涂覆方法制成的電極的容量比僅為45%。

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圖3. 電子和鋰離子轉(zhuǎn)移示意圖

3D Ordered Porous Nanostructure Confers Fast Charge Transfer Rate and Reduces the Electrode Polarization in Thick Electrode. Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202104224

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/11/6ce6009f0e/

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