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?北化工黃雅欽AFM：基于石墨碳氮化物的配位工程助力長(zhǎng)壽命高容量鋰硫電池

鋰硫（Li-S）電池因其超高的能量密度而受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的極大關(guān)注。然而，包括鋰枝晶形成、多硫化物穿梭和硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)遲緩在內(nèi)的技術(shù)挑戰(zhàn)限制了它們的循環(huán)壽命、倍率能力和平均容量，尤其是在高硫負(fù)載的情況下。

圖1.?配位工程策略示意

北京化工大學(xué)黃雅欽等設(shè)計(jì)了一種基于富氮石墨氮化碳（g-C₃N₅）的配位工程策略，以有效應(yīng)對(duì)硫正極和鋰負(fù)極方面的挑戰(zhàn)。具體而言，這項(xiàng)工作在負(fù)極上應(yīng)用了一層新型富含N的石墨氮化碳（g-C₃N₅），其中的三配位N原子與Li⁺具有很強(qiáng)的親和力，可引導(dǎo)鋰沉積并有效抑制枝晶的形成。

此外，在正極上施加一層具有高活性雙配位N空位和氰基N原子的缺陷g-C₃N₅），其顯著吸附多硫化物并催化可逆轉(zhuǎn)化，以及Li₂S的成核和溶解，從而在高硫負(fù)載下抑制多硫化物穿梭和提高動(dòng)力學(xué)。

圖2.?動(dòng)力學(xué)研究

因此，這種基于g-C₃N₅的配位工程策略使鋰硫電池在4 C的高電流密度下，在400次循環(huán)中表現(xiàn)出高穩(wěn)定性和低容量衰減率（每循環(huán)0.03%），并使鋰硫軟包電池在9.02 mg cm^?2的高硫負(fù)載下表現(xiàn)出11.69 mAh cm^?2的高面容量，從而證明了鋰硫電池在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。

圖3.?鋰硫電池性能

Coordination Engineering Based on Graphitic Carbon Nitrides for Long-Life and High-Capacity Lithium-Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202313112

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