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由于碳的低振實密度/低催化活性與不含碳的金屬基化合物之間容易團聚使得常用的“碳催化劑”結構作為硫主體難以同時實現鋰硫（Li–S）電池的高質量和體積能量密度。

在此，中國科學院金屬研究所李峰研究員，孫振華研究員等人報道了一種使用大孔磷化鎳/鈷(NiCoP)作為鋰-硫電池硫宿主的非碳主導催化結構。其中，可容納大量硫的大孔骨架通過加速e^– 輸運、Li⁺擴散以及Ni₂P/CoP異質結構優越的吸附和催化活性，加速了電化學反應動力學。

此外，高振實密度（0.45 g cm^?3）和堅硬的機械特性有助于NiCoP@S電極在壓制和滾壓過程后具有優異的結構和物理化學穩定性。這些特性使得Li-S電池在高硫負載量（10.2 mg cm^?2）和貧電解質（電解質/硫為2 μL mg^?1）的條件下表現出優異的電化學性能。

圖1. NiCoP催化骨架對LiPS吸附轉化的影響

總之，該工作報告了一種硫宿主材料—大孔3D NiCoP框架。該材料使Li-S電池具有雙倍高能量密度。容納豐富硫的大孔骨架可以通過快速電子傳輸、鋰離子擴散以及固有鎳的優異吸附和催化活性來加速電化學反應動力學。這些特性使Li-S電池能夠在高硫負荷和稀少電解質條件下實現出色的電化學性能。

此外，高振實密度和硬質機械特性有助于NiCoP@S電極在壓制和軋制工藝后具有出色的結構和物理化學穩定性。因此，組裝好的軟包電池可以同時提供345.2 Wh kg^?1的質量能量密度和令人印象深刻的952.7 Wh L^?1的體積能量密度。

圖2. 全電池性能

Non-Carbon-Dominated Catalyst Architecture Enables Double-High-Energy-Density Lithium–Sulfur Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.20230821

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李峰/孫振華AFM：非碳主導的催化劑架構實現雙高能量密度鋰硫電池

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