鋰-硫(Li-S)電池由于結構不穩定和過度穿梭效應而難以實現高含硫量電池的循環穩定性。在這里，我們設計和制造了一種基于碳纖維(CFs)支撐石墨烯/碳納米管(GC)基復合材料的“鋼筋混凝土”結構，然后通過漿液鑄造工藝生產最終的CFs-S/GC陰極，硫負載為4.5- 5.5 mg cm
-2。微/納米雜化材料的三維結構增強了結構強度，構建了一個互聯的導電網絡，用于高效的電解質滲透和快速的電/離子傳輸。此外，通過化學氣相沉積法在CFs表面生長碳納米纖維(CNFs)，形成CFs@CNFs。CFs@CNFs-S/GC陰極使電化學活性位點上的多硫化物有效邊界得以實現，從而大大提高電池的循環性能。本文的研究策略為在高能密度Li-S電池的納米碳材料中構建CFs或改性CFs骨架提供了一種可行的方法。
圖1. S/GC、CFs-S/GC和CFs@CNFs-S/GC陰極示意圖。
圖2. (a, b, c) GC2復合材料和(d, e, f) GC8復合材料的SEM圖像和N
2吸附/脫附等溫線。(g) 電流速率為0.2C時的循環性能，和(h)電流速率為0.1C，含硫3mg cm
-2時，S/GC2陰極和S/GC8陰極的首次放電/充電曲線。
圖3. (a) S/GC2和(b) CFs-S/GC2陰極在5.5 mg cm
-2硫負載下的SEM圖像。(c) S/GC2和CFs-S/GC2陰極在電流速率為0.2C時的循環性能，以及對應的(d) 電流速率為0.1C時的首次充/放電循環曲線和(e) 電流速率為0.2C時的第100次循環曲線。(f) CFs-S/GC2陰極和(g) S/GC2陰極在0.1 mV S
-1速度時的CV曲線比較。
圖4. 循環100次后，得到(a, b) S/GC2和(e, f) CFs-S/GC2陰極俯視圖的SEM圖像。(c, d) S/GC2陰極和(g, h) CFs-S/GC2陰極對應S元素映射的截面圖。
圖5. (a) CFs-S/GC2和(b) S/GC2陰極在速率分別為0.05、0.10、0.15和0.20 mV S
-l時的CV曲線。以及(c) CFs-S/GC2和(d) S/GC2陰極的掃描速率v
l/2的平方根與峰值電流I
p之間的對應關系。(e, f) CFs-S/GC2和S/GC2陰極在0.1C、0.2C、0.5C和1C時的倍率性能，以及每個循環的放電/充電曲線。
圖6. (a) CFs@CNFs增長過程示意圖。(b, c) CFs@CNFs復合材料的SEM圖，CNFs的TEM圖和(f) CFs@CNFs-S/GC2陰極的SEM圖。(d) CFs-S/GC2和CFs@CNFs-S/GC2陰極在0.2C時的循環性能。
相關研究成果由西南民族大學化學與環境學院Xinxiu Yan等人于2022年發表在Diamond & Related Materials (https://doi.org/10.1016/j.diamond.2022.108888)上。原文：Micro/nano-structure construct of carbon fibers reinforced graphene/CNT matrix composites for Li-S batteries。
轉自《石墨烯研究》公眾號
