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鋰硫（Li-S）電池作為一種儲能技術的實現(xiàn)，取決于在商業(yè)上相關軟包電池規(guī)模下釋放出的實際性能。通常情況下，大規(guī)模、高硫負載的Li-S電池的異質(zhì)性和多孔性需要增加電解液，并阻礙電子傳導。改進的正極結(jié)構(gòu)提供了一條在大電池規(guī)模下獲得強大性能的途徑。

澳大利亞蒙納士大學Mahdokht Shaibani、Matthew Roland Hill、Mainak Majumder等開發(fā)了一種采用高度羧基化和表面帶負電荷的纖維素納米纖維作為骨架的新正極，解決了上述問題。

圖1. CNF和硫正極的偏光顯微鏡圖像和示意圖

高羧基化CNF的重大貢獻可以概括為兩個相關的方面：首先，具有低長寬比的高負電荷CNFs能夠自然地分層排列，從而形成具有均勻表面光潔度的均勻而密集的電極。采用低孔隙率的自組織CNF電極大大減少了電解液的使用量，而且正極的光滑表面減輕了負極上的枝晶形成。其次，高表面帶電和中孔的CNF骨架有助于優(yōu)化曲折度和均勻的顆粒分散，從而改善動力學、提高工作電壓，進而提高能量密度。

圖2. 扣式電池性能

因此，CNF硫正極即使在16mg cm^-2的硫負載下也能提供高的離子和電子傳導性，其面積容量高達21 mAh cm^-2，相當于1400 mAh g^-1的比容量和81%的硫利用率，同時在50次循環(huán)中達到>98%的庫倫效率（CE）。

此外，這項工作還展示了Ah級軟包Li-S電池，其初始容量超過1200 mAh g^-1，面容量約為15 mAh cm^-2，獲得了高達330 Wh kg^-1的重量能量密度和480 Wh L^-1的體積能量密度，超過了文獻中報道的大多數(shù)軟包Li-S電池。無人機巡航10分鐘的演示也表明，輕質(zhì)Li-S電池可以帶來關鍵的運行優(yōu)勢，如延長航程。

圖3. 軟包電池性能

Sulfur Cathodes with Self-Organized Cellulose Nanofibers in Stable Ah-Level, >300 Wh kg?1 Lithium–Sulfur Cells. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202474

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