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鋰硫（Li–S）電池作為有前景的儲能系統(tǒng)引起了廣泛關(guān)注，但其發(fā)展仍然受到一些制約，比如硫的電絕緣性和多硫化鋰（LiPS）造成的嚴(yán)重穿梭效應(yīng)。在這項工作中，用硫醇修飾的碳納米管（CNTSH）作為功能性硫宿主材料。實驗和理論計算結(jié)果表明附著在碳納米管上的硫醇基團在循環(huán)過程中可以與可溶硫種類共價鍵合。同時，碳納米管作為導(dǎo)電基質(zhì)為電子傳輸提供了便捷的途徑。所構(gòu)建的功能性陰極材料顯示出增強的電化學(xué)性能。經(jīng)過300次循環(huán)后，放電容量仍保持為669.2 mAh g-1，容量衰減率僅為0.166％，而未經(jīng)硫醇修飾的硫陰極材料在相同條件下僅有328.3 mAh g-1的容量。這項工作表明硫物種與主體材料之間的化學(xué)鍵合在氧化還原過程中的重要性，提供了一種設(shè)計優(yōu)質(zhì)Li-S電池的新方法。
Figure 1. 制備CNTSH/S的過程示意圖以及結(jié)構(gòu)示意圖。
Figure 2. （a，e） CNTSH 和（c）CNTSH/S復(fù)合材料的SEM圖，（b）CNTSH 和（d）CNTSH/S復(fù)合材料的TEM圖，（f-i）所制備CNTSH的元素分布圖。
Figure 3. 所制備CNTSH的XPS譜。（a）S 2p區(qū)域，（b）N 1s區(qū)域，（c）O 1s區(qū)域，和（d）C 1s區(qū)域。
Figure 4. CNTSH/S和 CNT/S復(fù)合材料的電化學(xué)性能表征。（a）初始和（b）200圈循環(huán)后的充放電曲線，（c-d）在0.1 C和1 C速率下循環(huán)性能表征。
Figure 5. CNTSH/S 和 CNT/S復(fù)合材料的LiPS動力學(xué)性質(zhì)。（a）在0.1 mV s−1掃速下的CV曲線，（b-c）CNTSH/S 和 CNT/S分別在不同掃速下的CV曲線，（d）峰A: S8 to Li2Sx，（e）峰B: Li2Sx to Li2S2/Li2S，（f）峰C: CV峰電流與掃速的線性關(guān)系。
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該研究工作由南開大學(xué)Xue-Ping Gao 聯(lián)合Sheng Liu課題組于2019年發(fā)表在ACS Applied Energy Materials期刊上。原文：Covalently bonded sulfur anchored with thiolmodified carbon nanotube as a cathode material for lithium–sulfur batteries（DOI: 10.1021/acsaem.9b01761）
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