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增加鋰硫電池的能量密度需要最大化其面積容量，需要具有高硫負載和高硫含量的厚電極。然而，傳統(tǒng)的厚電極通常會導(dǎo)致離子轉(zhuǎn)移動力學(xué)緩慢以及電子電導(dǎo)率和機械穩(wěn)定性降低，從而導(dǎo)致其電化學(xué)性能依賴于厚度。

圖1. S@WLC-CNTs電極的制作工藝和設(shè)計原理

在此，澳大利亞伍倫貢大學(xué)柏中朝和美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校余桂華教授等人合作通過冰模板法合成了用碳納米管林修飾的獨立且低曲折的N、O共摻雜木狀碳骨架（WLC-CNTs），由于具有高導(dǎo)電性和堅固的木質(zhì)特征，這種材料可用作高硫負載正極（S@WLC-CNTs）的主體。

EIS對稱電池檢測表明，S@WLC-CNTs單位電活性表面積的離子電阻和電荷轉(zhuǎn)移電阻不隨厚度變化而變化，說明鋰硫電池的電化學(xué)性能與厚度無關(guān)。

圖2. S@WLC-CNTs電極的電化學(xué)性能和動力學(xué)分析

當(dāng)電極厚度增加到1200 μm，表面硫負載量為52.4 mg cm^-2時，在0.1C、E/S比為6的情況下經(jīng)過100次循環(huán)后，電極仍可保持692 mAh g^-1的可逆容量。

此外，WLC-CNTs還可以作為鋰負極的主體以抑制其枝晶生長，憑借這些特定的親鋰和親硫特性，Li-S全電池表現(xiàn)出長循環(huán)穩(wěn)定性。這種策略使生產(chǎn)具有極高硫負載量的極厚電極成為可能，并為設(shè)計高重量和體積能量密度的Li-S電池鋪平了道路。

圖3. 鋰負極的電鍍/剝離行為和鋰硫全電池的電化學(xué)性能

Thickness-independent scalable high-performance Li-S batteries with high areal sulfur loading via electron-enriched carbon framework, Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-24873-4

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余桂華/柏中朝Nature子刊：與厚度無關(guān)的可擴展高性能鋰硫電池

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