設計致密的厚硫正極以獲得貧電解液中的高容量/實用容量鋰硫電池（LSBs）是非常理想的。然而，嚴重的Li₂S堵塞和不明確的機制嚴重阻礙了其發展。

廣東工業大學李運勇等開發了一種綜合策略，即通過電子供體銅的摻入來操縱CoP/MXene催化劑的Li₂S氧化還原動力學，同時構建致密的硫正極。

圖1. CuCoP/MXene催化劑促進Li₂S氧化還原動力學的示意

具體來說，通過水熱反應在MXene納米片（表示為Cu_xCoP_1-x/MXene）上原位生長二維幾層銅摻雜的CoP，然后進行磷化處理，以作為高效的硫宿主（硫負載：≈78.6 wt%）。然后，為獲得實用LSB的優異體積性能，通過使用低含量的氧化石墨烯（GO）（≈15wt%）作為 “組裝劑”，形成和收縮S/Cu_0.1Co_0.9P/MXene水凝膠，制備了致密S/Cu_0.1Co_0.9P/MXene正極。

結果，最佳的S/Cu_0.1Co_0.9P/MXene正極顯示出最高的比容量和最穩定的循環性能。致密的S/Cu_0.1Co_0.9P/MXene正極具有1.95 g cm^-3的高密度和283 S m^-1的高電導率，在0.1 C時可獲得1664 Ah L^-1的超高體積容量（基于S正極的整個體積）和1443 mAh g^-1的重量容量（基于S）。在常規電解液中，在0.2C下，在100次循環內具有卓越的循環性能（容量保持率=82.6%）。

令人印象深刻的是，在5.0 μL mg_S^-1的低電解也/硫（E/S）比下，致密的厚硫正極在0.1 C下仍然保持著卓越的容積容量（1280 Ah L^-1）和大面容量（≈8.3 mAh cm^-2），即使在3.5 μL mg_S^-1的低E/S比率下，其容積容量仍然保持在1219 Ah L^-1。這種超高的容積容量超過了最近報道的先進硫正極，特別是在貧電解液中。

圖2. S/Cu_0.1Co_0.9P/MXene的電化學性能

通過對DFT計算、動力學和熱力學的系統分析，證明了Li₂S氧化還原動力學的操縱機制，這主要源于電子給體Cu的摻入很容易使CoP中的強電負性Co³⁺轉換為弱電負性Co²⁺，從而延長了Co-S鍵的鍵長，進一步促進了多硫化物和Li₂S在電催化劑表面的擴散，使Li₂S成核和分解的擴散能壘和活化能降低，從而本質上促進了Li₂S的氧化還原動力學。

第二，Cu摻雜可以誘導CoP的更多缺陷和空位，為硫的催化轉化暴露出更多的活性位點，從而有利于提高Li₂S的氧化還原動力學。第三，致密的硫結構可以賦予大體積的性能，而親水的MXene和石墨烯可以保證在低電解液中良好的電解液滲透性。

圖3. 催化性能對比

Unraveling the Atomic-Level Manipulation Mechanism of Li2S Redox Kinetics via Electron-Donor Doping for Designing High-Volumetric-Energy-Density, Lean-Electrolyte Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202204192