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由于電極沿厚度方向極化，高電極厚度的鋰電池總是具有較差的電池性能。

上海交通大學胡曉斌等提出了通過在電極中制造三維有序互連納米結構來降低電極極化的概念。

上交胡曉斌Small：3D有序互連納米結構實現200μm超厚硫正極！

圖1. CP@NCPC和硫正極制備的總體過程

為驗證這一概念，作者在碳紙（CP）的內部空間構建了一個三維摻氮碳光子晶體（NCPC），以用作鋰電池的電極。NCPC中的孔相互連接、均勻有序、均勻分布且大小完全相同，這大大降低了電子/離子傳輸路徑的曲折性。均勻的結構保證了電子和離子的均勻分布。沿厚度方向的直線電荷轉移和均勻的電荷分布減少了電極極化。

此外，它在電極內部提供均勻的電化學反應，同時抑制局部過熱并顯著提高電池安全性。另外，這種電極不需要導電劑、粘結劑和集流體這些惰性材料，可以節省大量成本。由于合成方法簡單易行，該電極具有極高的制造重現性。

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圖2. 不同電極厚度的鋰硫電池性能

因此，當CP@NCPC用于硫正極時，厚電極和薄電極一樣實現了快速的電荷轉移速率和小電壓極化。

100 μm厚的硫正極在0.1 C下的初始比容量為1406.8 mAh g^-1，在5 C下的倍率容量為621.7 mAh g^-1。當電極厚度達到200 μm時，獲得了87% 100 μm厚的硫正極的比容量。相比之下，傳統涂覆方法制成的電極的容量比僅為45%。

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圖3. 電子和鋰離子轉移示意圖

3D Ordered Porous Nanostructure Confers Fast Charge Transfer Rate and Reduces the Electrode Polarization in Thick Electrode. Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202104224

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