提高正极硫负载量是实用化锂硫（Li−S）电池面临的重大挑战。尽管碳质硫载体可以获得更高的硫含量和负载量，但碳质材料的低振实密度导致了低的体积能量密度，限制了实际应用。

近日，南京邮电大学马延文教授，王允辉，纽约州立大学法布罗分校武刚教授成功地合成了导电多孔层状VN作为无碳硫载体，构建了具有高振实密度、高硫负载量和高能量密度的硫电极。

文章要点

1）多孔层状VN作为一种多功能硫载体，综合了多尺度堆积结构的优点和诱人的VN本征特性。多孔叠层堆积网络作为有效的硫载体，为硫的储存提供了更大的空间，提高了正极材料的振实密度，加速了锂离子的快速迁移和扩散。同时，多硫化物的极性VN的强烈化学锚定也有效地抑制了多硫化物锂的过度溶解。此外，VN纳米颗粒良好的导电性和催化活性促进了Li₂S和可溶性多硫化物锂之间的转化，促进了氧化还原反应动力学。

2）导电多孔层状VN实现了高硫负载量和高硫利用率，并有效地提高了体积能量密度和重量能量密度。即使在高硫负荷下，VN@S正极也表现出优异的循环性能和倍率能力。经200次循环后，1 C下的放电容量可达790 mAh g⁻¹,500次循环后，15 C下的放电容量可达145.2 mAh g⁻¹。同时，在12.6 mg cm⁻²的高硫负载量下，VN@S正极在0.1 C循环后的可逆容量为518.8 mAh g⁻¹。值得注意的是，VN@S正极在1 C时可提供1390.9 mAh cm⁻³的大容量，在硫负荷为12.6 mg cm⁻²的情况下循环100次后，其硫负载量为1.0 mg cm⁻²，在0.1 C时可提供485.6 mAh cm⁻³的大容量。

该研究工作为Li−S电池提供了具有高能量密度、高倍率和长寿命的高能量密度、高倍率容量和长寿命的无碳硫主电池的有用架构范例。

Ruiqing Liu, et al, Conductive Porous Laminated Vanadium Nitride as Carbon-Free Hosts for High-Loading Sulfur Cathodes in Lithium−Sulfur Batteries, ACS Nano, 2020

DOI: 10.1021/acsnano.0c07415

https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c07415