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王宇/楊偉/郭再萍Adv. Sci.：10秒快速制備核殼硫活性材料，助推鋰硫電池發(fā)展！

合理設(shè)計(jì)和規(guī)?；a(chǎn)富含硫的核-殼活性材料，不僅對(duì)未來(lái)金屬-硫電池的實(shí)際成功至關(guān)重要，而且對(duì)深入了解硫基電化學(xué)的核殼設(shè)計(jì)也至關(guān)重要。然而，主要因?yàn)槿狈?shí)現(xiàn)精確控制核殼結(jié)構(gòu)的有效策略，這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

圖1 納米風(fēng)暴技術(shù)與微粘性引導(dǎo)納米氣相沉積（MAG-NVD）機(jī)制的概念

四川大學(xué)王宇、楊偉、阿德萊德大學(xué)郭再萍等通過(guò)利用自己開(kāi)發(fā)的納米風(fēng)暴技術(shù)的摩擦加熱和分散能力，令人驚訝地發(fā)現(xiàn)富含硫的活性材料可以在幾秒鐘內(nèi)被按需包覆上外殼納米材料。

具體而言，作者提出了一種可擴(kuò)展的、超高效的、微粘性引導(dǎo)的納米氣相沉積（MAG-NVD）納米風(fēng)暴策略。MAG-NVD納米風(fēng)暴技術(shù)充分利用了強(qiáng)剪切和混合效應(yīng)的優(yōu)勢(shì)。首先，它可以通過(guò)摩擦產(chǎn)生明顯的表面加熱，這甚至可以融化硫，為原始的富含S的活性材料（AM）創(chuàng)造一個(gè)粘合的表面。第二，它可以通過(guò)強(qiáng)大的分散力從外殼納米材料中產(chǎn)生”納米蒸汽”。第三，原始AM顆粒和”納米蒸汽”之間的碰撞也會(huì)在碰撞點(diǎn)產(chǎn)生熱量。由于上述作用，原始的富含硫的AM顆粒將變成粘性球，這有助于捕捉”納米蒸汽”，并通過(guò)納米蒸汽沉積實(shí)現(xiàn)超快速涂層。另外應(yīng)該指出的是，這種MAG-NVD納米風(fēng)暴技術(shù)可能不受硫基活性材料的限制。

圖2 殼的特性對(duì)核殼富含S的顆粒在200次循環(huán)后的形態(tài)演變的影響

此外，上述MAG-NVD策略有幾個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)。首先，整個(gè)過(guò)程是完全無(wú)溶劑的，效率極高，而且容易擴(kuò)大規(guī)模。例如，通過(guò)MAG-NVD策略，作者在短短10秒內(nèi)就成功制備了≈300克核殼硫基顆粒，相當(dāng)于生產(chǎn)速度≈30克/秒。其次，人們可以用適當(dāng)?shù)募{米材料靈活地設(shè)計(jì)涂層，以實(shí)現(xiàn)定制功能。

最后，這項(xiàng)工作展示了采用優(yōu)化的核殼活性材料大規(guī)模生產(chǎn)壓延兼容的正極，并實(shí)現(xiàn)了453 Wh kg^-1@0.65 Ah的Li-S軟包電池。總體而言，所提出的納米氣相沉積技術(shù)可能為眾所周知的物理和化學(xué)氣相沉積技術(shù)提供一個(gè)有吸引力的替代方案。

圖3 用優(yōu)化的3PNC@SC核殼顆粒擴(kuò)大壓延兼容的硫電極的規(guī)模

Mass Production of Customizable Core–Shell Active Materials in Seconds by Nano-Vapor Deposition for Advancing Lithium Sulfur Battery. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202207584

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