《AEM》高羧化纤维素纳米纤维硫阴极

图文简介

锂-硫(Li-S)电池作为一种储能技术的实现依赖于在商业相关的袋型电池尺度上释放实际性能。通常情况下，大规模、高硫负载锂-硫电池的非均质和多孔性需要增加电解液水平，阻碍电子导电性。改进的阴极结构提供了在大电池规模的强大性能的途径。在这里，成功开发了一种新型阴极，使用高羧基化和表面负电荷纤维素纳米纤维作为骨干，解决了这些问题，并提供了一个有序、致密的结构，同时保持长期循环寿命。综合这些因素，形成了一个ah级软包电池，峰值容量超过1200 mAh g -1，面积容量约15 mAh cm -2，实现了高达330 Wh kg -1的高重量能量密度和480 Wh L - 1的体积能量密度。该电池用于为无人机供电10分钟，证明了这一发现在实际规模上的转化能力。

CNFs和硫阴极的偏振光显微镜图像和示意图。a)自组织CNF电极形成示意图。b)中羧基化CNFs偏振光图像，显示粗纤维和长纤维的双折射区域。c)含有适度羧基化CNFs的阴极料浆偏振光图像和d)其示意图。e)高羧化CNF偏振光图像，显示分离短纤维的双折射区。f)含有高羧化CNFs的阴极浆料偏振光图像和g)其原理图。在浓度为h) 3.3 mg mL−1、i) 33.3 mg mL−1和j) 333.3 mg mL−1时，高羧化CNF阴极浆的偏振光图像。

硫阴极的形貌和微观结构研究。CMC电极:a)轮廓仪检查和b,c)俯视扫描电镜图像，显示粗糙的表面光洁度和大块颗粒。CNF电极:d)轮廓仪检查和e-i)扫描电镜俯视图图像，显示表面光滑，颗粒分离良好，CNF网络骨干。j-l) CNF电极的截面扫描电镜图像，显示了CNF的分级多孔结构。m) CNF骨架示意图，显示低弯曲度的排列通道提供离子和电子转移“高速公路”

软包电池性能。a) CNF2电极对软包电池的长期循环。b)带CNF2电极的Ah级电池，电池配置如图所示。c)从第1个周期到第14个周期的循环寿命演变，计算各组分的重量，如插入表所示。d)计算不同标称电压下锂-硫电池的阴极比能与容量的关系。e)两个2.5 Ah电池串联的循环轮廓，插入照片演示电池包作为无人机电源电池的应用。f)我们的Ah水平CNF2软包电池与之前报道的Ah水平Li-S软包电池的性能比较。

论文信息

论文题目：Sulfur Cathodes with Self-Organized Cellulose Nanofibers in Stable Ah-Level, >300 Wh kg−1 Lithium–Sulfur Cells

通讯作者：Mahdokht Shaibani，Matthew Roland Hill，Mainak Majumder

通讯单位：Monash University

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