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邵國勝/王卓/劉金平ACS Nano：低E/S比、高S負(fù)載鋰硫電池的多功能硫主體

低電解液/硫比（E/S）是促進鋰硫電池（LSB）獲得理想能量密度的關(guān)鍵因素。然而，它會導(dǎo)致多個問題，包括在循環(huán)和儲存過程中的強烈“穿梭效應(yīng)”，以及硫的利用率有限等。

在此，鄭州大學(xué)邵國勝教授、王卓副教授及武漢理工大學(xué)劉金平教授等人為了同時解決上述兩個問題，以TiO₂（TO）和NaOH為原料在碳布上制備了Na₂Ti₆O₁₃（NTO）陣列作為多功能主體，以在低E/S條件下同時實現(xiàn)長循環(huán)穩(wěn)定性、持久性和高硫利用率。

在這樣的結(jié)構(gòu)中，來自暴露的Ti和Na陽離子的協(xié)同共吸附位點確保了NTO促進多硫化物（PS）快速轉(zhuǎn)化為不溶性硫化物，并能夠強吸附含硫物質(zhì)。在放電-充電循環(huán)和延長存儲過程中可以有效抑制電解液中PSs的積累，從而確保LSBs的循環(huán)和保質(zhì)期。

圖1. Li₂S_n吸附能DFT計算

此外，直接生長在3D碳布上的陣列結(jié)構(gòu)對電解液具有良好的潤濕能力，并提供優(yōu)化的傳輸路線，從而增強了低E/S下的有效電化學(xué)過程。

由于這些優(yōu)勢，使用這種正極的LSBs能夠在超過4 mg cm^-2的硫負(fù)載量以及5:1的低E/S下表現(xiàn)出高硫利用率、穩(wěn)定的循環(huán)性能和優(yōu)異的保質(zhì)期。這項工作表明，具有協(xié)同多離子吸附位點的陣列材料是LSB的有希望的宿主。

圖2. TO/S和NTO/S正極的電化學(xué)性能對比

Array-Structured Double-Ion Cooperative Adsorption Sites as Multifunctional Sulfur Hosts for Lithium-Sulfur Batteries with Low Electrolyte/Sulfur Ratio, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c05536

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