邵国胜教授、张鹏教授， Small观点：原位封装一维碳链甲催化剂用于稳定的锂硫全电池

第一作者：侯若晗

通讯作者：苗富军*，邵国胜*，张鹏*

单位：郑州大学

锂硫电池商业化应用的主要障碍为充放电过程中体积变化大、多硫化锂的穿梭效应、氧化还原动力学缓慢以及不受约束的锂枝晶生长。特别是金属锂的过度使用导致活性锂利用率低，严重拖累了锂硫电池的实际能量密度。因此，本文设计了一种高效的双功能CoSe电催化剂并使其原位包覆在碳链甲中，作为同时调控正极和负极内部反应的纳米反应器。碳包覆层与碳纳米纤维交联形成的碳链甲保护了CoSe免受电池内部化学反应环境的腐蚀，保证了CoSe在长期循环中的高活性。本文为未来的研究提供了方向，有助于加速锂硫电池领域的研究及实际应用。

近日，来自郑州大学的苗富军、张鹏、邵国胜教授，在国际知名期刊Small上发表题为“In Situ 1D Carbon Chain-Mail Catalyst Assembly for Stable Lithium–Sulfur Full Batteries”的观点文章。

该观点文章设计了一种高效的双功能CoSe电催化剂并使其原位包覆在碳链甲中，作为同时调控正极和负极内部反应的纳米反应器。碳包覆层与碳纳米纤维交联形成的碳链甲保护了CoSe免受电池内部化学反应环境的腐蚀，保证了CoSe在长期循环中的高活性。

锂硫电池得益于内部复杂的多步骤反应机制，使其具备较高的理论容量；但同样由于这种复杂机制，使得电池内部化学反应环境较为恶劣。在这样恶劣的环境下，电催化剂与分子或离子相互作用时发生腐蚀或相变，会导致电催化剂失活，从而降低整个电池器件的电化学容量。本文中，利用特殊的晶核生长机制，使电催化剂原位包覆在碳层中，进而免受周遭环境侵蚀。从而保证了电催化剂在长循环过程中的高活性。

利用CoSe对于LiPS较强的化学亲和能力，可有效地将LiPS限制在正极区域内，且通过可视化吸附实验以及原位拉曼测试证实了这一点。通过一系列电化学测试验证了，具有碳链甲保护的CoSe不会因为极性或溶剂分子的侵蚀而钝化。

采取电沉积方法进行原位负载金属锂并作为负极进行应用。得益于轻量化的碳材料骨架，并复合亲锂的电催化剂。使得自支撑负极相较于商用的铜镀锂箔在负载相同容量的金属锂时质量更轻，极利于提升整体电池质量能量密度。

采用上述碳链甲复合双功能电催化剂的锂硫全电池可在较低的负极/正极容量比(N/P<2)以及高硫面负载量(10.67 mg cm^-2)条件下，在150次循环中提供9.68 mAh cm^-2的高面比容量。此外，在77.6 mg硫负载下，锂硫软包电池可以稳定循环80周，表明了该设计的实用性和可行性。

In Situ 1D Carbon Chain-Mail Catalyst Assembly for Stable Lithium–Sulfur Full Batteries

张鹏 教授 简介：长期从事低维碳材料智能设计及产业化应用研究，特别是以绿色量产石墨烯技术为核心，形成了石墨资源加工、石墨烯材料量产、新型碳材料智能设计、面向能源-环境-工程的碳基产品开发等全产业链的研究方向和主线。在上述领域国际知名期刊《Adv. Mater.》、《Adv. Sci.》、《Adv. Func. Mater.》、《Nat. Commun.》等发表SCI论文100余篇，SCI他引6000余次，H-index为46，11篇论文入选ESI高被引论文。一作或通讯作者发表中科院一区TOP论文40余篇。现任《InfoMat》、《Scientific Report》、《Energy Environ. Mater.》、《Adv. Powder Mater.》、《物理化学学报》等SCI期刊的编委或青年编委。

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