硫元素具有地壳丰度高、生产成本低、对环境无害等压倒性优势，尤其是理论比能量高达1675 mAh/g，是传统插层电极材料的三倍以上，这使得锂-硫电池有望成为下一代电动汽车、电网级固定储能系统和其他电气设备的动力源。在过去的几十年里，为了提高硫正极的电导率、缓冲体积变化以及抑制循环过程中可溶性多硫化物的穿梭效应，人们一直专注于研究具有高导电性、高效离子通道和足够空隙以适应体积变化的硫基复合正极材料。基于碳的材料因其具有大比表面积、高电导率和可调节的多孔结构等特性，被广泛关注并作为锂-硫电池中硫的宿主材料进行探索。

图1. (a) S/S-NCPs/CNTs在0.2 C下的静电充放电曲线, (b) S/S-NCPs/CNTs在0.1 mV/s的扫描速率下的CV曲线, (c) S/S-NCPs/CNTs在0.2 C下的循环性能, (d)带有S/S-NCPs/CNTs 的电池在循环前和循环100次后的奈奎斯特图, (e) S/S-NCPs/CNTs在1.0 C时的循环性能。

课题组展示了一种先进的S/S-NCP/CNT正极复合结构，S-NCPs具有大比表面积和孔隙体积以及较短电子/离子扩散路径的优异特性，展示了对可溶性锂-硫化物的高捕获能力，在充放电过程中有效缓冲体积变化，交错的CNT网络提供了高效的电荷传输环境。基于S/S-NCP/CNT正极复合结构的锂-硫电池在0.2 C的电流下，达到了1213.8 mAh/g的初始容量，经过100个循环后仍有1114.2 mAh/g的稳定容量，相当于91.7% 的高容量保持率，如图1所示。此外，基于S/S-NCP/CNT正极复合结构的锂-硫电池在1.0 C下具有长寿命（500个循环），接近高能量密度锂离子电池（LIBs），在能量存储市场展现出巨大潜力。

该工作以“MOF-Derived nitrogen-doped porous carbon polyhedrons/carbon nanotubes nanocomposite for high-performance lithium-sulfur batteries”为题，发表于国际SCI期刊（Nanomaterials, 2023, 13, 2416）。论文第一作者为电气与控制学院的陈俊，侯纪伟副教授为论文通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金，江苏省自然科学基金的支持。

论文链接：https://doi.org/10.3390/nano13172416

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