鋁硫（Al-S）電池因其高能量和安全性而被視為前景廣闊的儲能設(shè)備。然而，鋁-硫電池中 S ? Al₂S₃ 反應(yīng)動力學(xué)緩慢、壽命短等問題限制了其實際應(yīng)用。

在此，復(fù)旦大學(xué)余學(xué)斌團隊通過結(jié)合吸附性銅、催化性鈷和導(dǎo)電氮摻雜碳基體的優(yōu)點，制備雙金屬修飾氮摻雜碳（Cu1Co1@NC）材料。S@Cu1Co1@NC表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能（在1.5 A g^?1下循環(huán)320次后提供317.5 mAh g^?1的高容量）。此外，Cu賦予的強Al親和性和具有Co增強電導(dǎo)率的堅固3D支架可以調(diào)節(jié)Al³⁺沉積/剝離并成功抑制Al枝晶。

因此，Cu1Co1@NC 顯示出可忽略不計的 Al 成核過電勢，并提供超長壽命 (>10 000 h) 和出色的可逆性（庫侖效率 = 99.8–99.9%）。更重要是是，以 Cu1Co1@NC 作為二合一主體構(gòu)建的Al-S 電池表現(xiàn)出優(yōu)異的容量保留和增強的可逆性。

圖1. DFT計算

總之，該工作利用Cu1Co1@NC 既作為Al-S 電池的硫宿主，也作為 Al³⁺ 沉積/剝離的基底,實現(xiàn)優(yōu)異的電化學(xué)性能。具體而言，Cu具有高效吸附硫化鋁的能力，可有效抑制穿梭效應(yīng)，而Co可催化 S ? Al₂S₃ 的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。在 Cu 和 Co 的共同作用下，Al-S 電池具有出色的循環(huán)穩(wěn)定性和反應(yīng)動力學(xué)性能。在鋁負極側(cè)，Cu1Co1@NC 中的 Cu 對 Al³⁺ 具有很高的親和性，并能引導(dǎo)鋁的均勻成核，從而極大地防止了鋁枝晶的生長。

此外，由 Co 增強的三維多孔網(wǎng)絡(luò)和高導(dǎo)電性可適應(yīng)體積變化并耗散局部電流密度，從而進一步促進鋁均勻沉積。因此，該工作為進一步提高Al-S 電池的性能，設(shè)計了一種具有更緊密活性位點的新型催化系統(tǒng)。

圖2. 電池性能

Copper and Cobalt Nanoparticles Enable Highly Stable and Fast Kinetics of Al–S Batteries， Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202307486