【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】在下一代高比能電池體系的角逐中，鋰硫電池憑借2600 Wh kg-1的超高理論能量密度、硫資源豐富及環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，被視為最具前景的候選者之一。然而，其正極集流體的設(shè)計(jì)長期未獲足夠重視。傳統(tǒng)二維鋁箔集流體雖導(dǎo)電性優(yōu)異、工藝成熟，但其致密無孔的表面在高硫負(fù)載下極易造成活性物質(zhì)堆積與離子傳輸受阻。同時(shí)，鋁箔對(duì)多硫化物(LiPSs)吸附能力弱，難以抑制穿梭效應(yīng)，導(dǎo)致活性物質(zhì)損失和循環(huán)穩(wěn)定性下降。三維碳布集流體雖憑借多孔網(wǎng)絡(luò)提供了豐富的離子擴(kuò)散通道和體積變化緩沖空間，但其不規(guī)則大孔結(jié)構(gòu)及非極性碳與極性LiPSs之間較弱的相互作用，依然無法有效錨定多硫化物，催化活性不足同樣制約了電池容量的進(jìn)一步突破。
 

　　針對(duì)上述瓶頸，西安交通大學(xué)延衛(wèi)、郗凱與王嘉楠教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了一種層次化多孔集流體(HPCC)設(shè)計(jì)策略。該集流體以大孔三維碳布為基底，通過B-H偶聯(lián)反應(yīng)在其內(nèi)部生長共軛微孔導(dǎo)電聚合物(CMPs，孔徑0.8-1.6 nm)，并與LiPSs的尺寸精準(zhǔn)匹配，實(shí)現(xiàn)物理限域與化學(xué)吸附的雙重固定。CMP層在碳布內(nèi)部構(gòu)建了豐富的介孔通道，顯著提升了鋰離子通量。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過電沉積技術(shù)在集流體表面均勻負(fù)載鈀納米顆粒催化劑，降低了多硫化物轉(zhuǎn)化的反應(yīng)活化能，加速了吸附態(tài)LiPSs向穩(wěn)定固相的動(dòng)力學(xué)位點(diǎn)轉(zhuǎn)化。該設(shè)計(jì)融合了二維與三維集流體的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，構(gòu)筑了兼具催化、吸附及電子/離子傳導(dǎo)功能的一體化導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。該HPCC在0.2 C下容量達(dá)1304 mAh g?¹，高硫負(fù)載(10.3 mg cm?²)下90次循環(huán)容量衰減率僅0.42%/圈，能量密度達(dá)369 Wh kg-1，展示出良好應(yīng)用前景。
 

　　該研究成果以“分級(jí)多孔多功能集流體助力高性能鋰硫電池” (A Hierarchically Porous Multifunctional Current Collector for High-Performance Li-S Batteries)為題，發(fā)表在國際著名期刊《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)上。西安交通大學(xué)為第一通訊單位，陳信博士(現(xiàn)就職于廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院)為第一作者，延衛(wèi)教授、王嘉楠教授與郗凱教授為通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。研究團(tuán)隊(duì)感謝西安交通大學(xué)分析測(cè)試中心及國家儲(chǔ)能產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)在材料表征方面提供的技術(shù)支持。
 

　　引用：西安交大延衛(wèi)/王嘉楠/郗凱在鋰金屬電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)展 西安交通大學(xué) 【引用時(shí)間：2026年8月7日】