DOI:10.1016/j.jechem.2020.09.032
鋰硫（Li-S）電池因其出色的能量密度、低成本和無毒特性，而成為未來幾代便攜式電子產品和電動汽車的有前途的儲能裝置。在過去的幾十年中，人們研究了各種新型的電極和電解質來改善Li-S電池的性能。然而，由于長鏈多硫化物在液體電解質中的溶解和擴散，Li-S電池的壽命和倍率性能非常有限，而S的固有導電性較差，這嚴重阻礙了Li-S電池的實際應用。在此，開發了靜電紡絲工藝以制備由介孔/微孔N/O雙摻雜碳納米纖維（CNF）組成的薄導電夾層。具有電子和離子傳導通路的獨立式3D交織結構可以增強多硫化物與N/O原子之間的接觸，從而通過極強的極性相互作用實現對多硫化物的高效捕集。因此，將中-微孔N/O雙摻雜CNF中間層與單分散的S納米粒子正極結合在一起，在0.2C下經過200次循環后電化學性能高達862.5mAh/g，且每個循環的循環衰減低至0.08％。當S負載高達7.5mg/cm2時，在0.1C下進行100次循環后，可獲得5.22mAh/cm2的面積比容量。
圖1.（a）用于Li-S電池的PCNFs中間層的合成示意圖；（b）截面SEM圖像，（c）PCNFs-2中C、N和O的STEM圖像以及對應的映射圖像。
圖2.PCNFs的SEM圖像。（a-c）PCNFs-1；（d-f）PCNFs-2；（g-i）PCNFs-3。
圖3.（a）PCNFs-1，PCNFs-2和PCNFs-3的拉曼光譜。（b）PCNFs-1，PCNFs-2和PCNFs-3的XRD圖譜。（c）PCNFs-1，PCNFs-2和PCNFs-3的N2吸附和解吸等溫線。（d）PCNFs-1，PCNFs-2和PCNFs-3的孔徑分布。（e）PCNFs-1，PCNFs-2和PCNFs-3的高分辨率N 1s光譜。（f）PCNFs-1，PCNFs-2和PCNFs-3的高分辨率O 1s光譜。
圖4.以不同掃描速率記錄的Li-S電池的CV曲線：（a）沒有夾層；（b）含PCNFs-2夾層。（c-e）電流峰值（A，B和C）的線性擬合取決于掃描速率。
圖5.Li-S電池的電化學性能。（a）評估具有和不具有PCNFs-1、PCNFs-2和PCNFs-3中間層的電池的性能。（b）具有和不具有PCNFs-1、PCNFs-2和PCNFs-3中間層的Li-S電池在200℃下的循環性能。（c）N-5和O-I總含量的極化（ΔV）。（d）含7.5mg/cm2硫負荷的PCNFs-2中間層在0.1C下運行100個循環的循環性能。（e）具有和不具有PCNFs-1、PCNFs-2和PCNFs-3中間層的電池的EIS光譜。（f）具有PCNFs-2夾層的Li-S電池的CV曲線，掃描速率為0.1mV/s。（g）具有PCNFs-2中間層的電池在1C下運行300個循環的循環性能。
圖6.（a），（c）和（e）具有PCNFs-1、PCNFs-2和PCNFs-3的電池以及沒有夾層的電池（g）在不同電流密度下的充放電曲線。（b），（d）和（f）具有PCNFs-1、PCNFs-2和PCNFs-3中間層的電池和沒有中間層（h）的電池在0.1C和0.5C下的初始充放電電壓比容量曲線。
圖7.H型電解池的數碼照片以及兩側腔室的相應顏色變化。
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