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物構所王瑞虎AM: 同時提高鋰硫電池能量密度和壽命的親硫CoB異質結構納米片的界面電子工程

高重量、面積和體積容量以及長壽命是鋰硫（Li-S）電池在緊湊空間中應用的關鍵指標，開發同時實現高重量、面積和體積容量以及高倍率和循環穩定性性能的新型電極材料仍然是一項艱巨的挑戰。

在此，中科院福建物構所王瑞虎研究員等人通過熔鹽輔助策略使用ZIF-8作為前驅體構建了一種由硼化鈷 (CoB) 和硼共摻雜多孔碳 (NBC) 組成的新型異質結構納米片。

NBC和CoB之間的界面電子相互作用在界面區域誘導電荷重新分布，這加速了離子/電子傳輸和固體硫物種的均勻沉積。而 CoB/NBC良好的催化效果和二元親硫性極大地促進了氧化還原動力學和對多硫化物的化學吸附，即使在高硫含量、硫負載和高速率下也是如此。

圖1. 合成NBC和CoB/NBC的示意圖

因此，CoB/NBC-S電極表現出優異的循環穩定性，在5 C高倍率下超長1500次循環中平均容量衰減為0.013%。此外，具有82 wt% 的高硫含量和5.8 mg cm^-2 的高硫負載的該電極在0.1 C下仍能提供1309 mA hg^-1的重量容量、7.59 mAh cm^-2的面積容量和1355 mAh cm^-3的體積容量，可以與報道的最先進的硫正極納米片相媲美。

該研究為設計金屬硼化物異質結構納米片以實現鋰硫電池的高能量密度和長壽命提供了新方法。

圖2. CoB/NBC-S電極的電化學性能

The Interfacial Electronic Engineering in Binary Sulfiphilic Cobalt Boride Heterostructure Nanosheets for Upgrading Energy Density and Longevity of Lithium-Sulfur Batteries, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202102338

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