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AEM：突破！Ah級實(shí)用軟包鋰硫電池，支持無人機(jī)10分鐘巡航！

鋰硫（Li-S）電池作為一種儲能技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，取決于在商業(yè)上相關(guān)軟包電池規(guī)模下釋放出的實(shí)際性能。通常情況下，大規(guī)模、高硫負(fù)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(dǎo)。改進(jìn)的正極結(jié)構(gòu)提供了一條在大電池規(guī)模下獲得強(qiáng)大性能的途徑。

澳大利亞蒙納士大學(xué)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(fù)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(xiàn)可以概括為兩個相關(guān)的方面：首先，具有低長寬比的高負(fù)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(fù)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(xué)、提高工作電壓，進(jìn)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(fù)載下也能提供高的離子和電子傳導(dǎo)性，其面積容量高達(dá)21 mAh cm^-2，相當(dāng)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(dá)到>98%的庫倫效率（CE）。

此外，這項(xiàng)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(dá)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(xiàn)中報(bào)道的大多數(shù)軟包Li-S電池。無人機(jī)巡航10分鐘的演示也表明，輕質(zhì)Li-S電池可以帶來關(guān)鍵的運(yùn)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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