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?上硅所ACS Nano：廢棄生物質衍生材料用于高性能鋰-硫電池

鋰硫（Li-S）電池因其高能量密度和使用資源豐富、成本低廉的硫而成為研究熱點。然而，Li-S電池的商業化進程受到了多硫化物轉換反應動力學緩慢和“穿梭效應”等問題的嚴重阻礙。這些問題導致了電池的快速容量衰減和低充放電效率，限制了其在實際應用中的性能表現。

在此，中國科學院上海硅酸鹽研究所李馳麟團隊基于雙金屬單原子系統的中繼型協同作用，以實現高倍率和長壽命的Li-S電池。作者利用廢棄蠶絲織物衍生的多孔N摻雜碳作為宿主材料，并通過簡便的離子熱法在其上均勻錨定了Fe/Co雙金屬單原子，制備了一種新型的多功能宿主材料（DSA-SilkC）。

與傳統的單金屬單原子催化劑相比，DSA-SilkC中的Fe和Co雙金屬單原子顯示出顯著的協同效應，能有效促進多硫化物的轉換反應動力學。特別是在長鏈多硫化物向Li₂S₄的還原過程中，Co單原子起到了關鍵作用；而在隨后的Li₂S₄向Li₂S的液固轉換過程中，Fe單原子則發揮了加速作用。基于此，該電池在0.1 C的低倍率下展現出了1399.0 mA h g^?1的高比容量，在10 C的高倍率下仍能保持538.6 mA h g^?1的放電容量，并在2 C的高倍率下經過1000個循環后，容量衰減率僅為0.048%每循環。

圖1. DSA-SilkC制備示意圖

總之，該工作不僅為Li-S電池的性能提升提供了一種新策略，而且通過使用廢棄生物質衍生的碳材料，展示了一種環保且可持續的能源存儲解決方案。基于DSA-SilkC的Li-S電池在高硫載量和貧電解液條件下的優異性能，證明了其在推動Li-S電池商業化進程中的潛在價值。因此，該項工作為高能量密度和長壽命鋰硫電池的設計提供了重要的指導和啟示，有望在未來的能源存儲領域中發揮重要作用。

圖2. 電池性能

Relay-Type Catalysis by a Dual-Metal Single-Atom System in a Waste Biomass Derivative Host for High-Rate and Durable Li–S Batteries, ACS Nano 2024 DOI: 10.1021/acsnano.3c09919

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