基于单壁碳纳米管超柔性1Ah锂硫电池，智能纺织品和长巡航电车等

摘要：锂硫（Li-S）电池利用理论能量密度高达 2600 Wh kg-1 的阴极材料，为实现超过 500 Wh kg-1 的高能量密度提供了一种前景广阔的解决方案。这些电池还具有成本效益、资源丰富和环境友好的特点。本文，韩国电工技术研究所Kang-Jun Baeg、

1成果简介

锂硫（Li-S）电池利用理论能量密度高达 2600 Wh kg-1 的阴极材料，为实现超过 500 Wh kg-1 的高能量密度提供了一种前景广阔的解决方案。这些电池还具有成本效益、资源丰富和环境友好的特点。本文，韩国电工技术研究所Kang-Jun Baeg、Joong Tark Han、Jun-Woo Park等研究人员在《ADVANCED SCIENCE》期刊发表名为“A Promising Approach to Ultra-Flexible 1 Ah Lithium–Sulfur Batteries Using Oxygen-Functionalized Single-Walled Carbon Nanotubes”的论文，研究提出了一种创新方法，利用高度氧化的单壁碳纳米管（Ox-SWCNTs）分别作为硫阴极和隔膜中的导电纤维支架和功能夹层，展示了能量密度更高的大面积、超柔性锂离子电池。

Li-S电池中的独立硫阴极表现出高能量密度，即使在100次充放电循环后也能保持806 mAh g−1。此外，单壁碳纳米管上的含氧官能团通过促进多硫化锂的吸附显著提高了电化学性能。该研究在阴极和中间层中使用Ox-SWCNT，实现了高容量Li-S袋式电池，在50次充放电循环中始终提供1.06 Ah的容量和909 mAh g−1的高能量密度。这一策略不仅显著提高了Li-S电池的电化学性能，而且在严重变形下保持了优异的机械灵活性，将这种基于Ox-SWCNT的架构定位为一种可行、轻便、超灵活的储能解决方案，适用于可充电Li-S电池的商业化。

2图文导读

图1、材料和分析方法概述

图2、数码相机图像和基于 CNT 的硫阴极分析

图3、具有 SWCNT 基硫阴极的 Li-S 电池的电化学性能。

图4、Li2Sx溶液通过各种分离器的扩散特性和润湿性评估的可视化

图5、具有单壁碳纳米管夹层的锂硫电池的电化学性能。

图6、a–f) Digital photographs and corresponding XPS profiles of disassembled Li-S cells after 50 charge/discharge cycles. Panels (a,c,e) show Li-metal anode, and (b,d,f) depict the anode side of the PE separator, with varying degrees of oxygen functional groups introduced on SWCNT. g) XRD patterns of pristine Li-metal and Li-metal anode after 50 cycles with pristine SWCNTs, low Ox-SWCNTs, and high Ox-SWCNTs interlayers. h) EIS Nyquist plots representing impedance spectra after the 100th discharge cycle, illustrating the effects of different SWCNT interlayers on interfacial resistance.

图7、高容量Li-S袋式电池的电化学性能和灵活应用。

3小结

具有高电化学性能的大面积和超柔性锂硫电池被开发为下一代储能装置，适用于需要自由形状因子和高能量密度的各种应用。这些电池由一个独立的硫阴极和含有含氧官能团的单壁碳纳米管的商业膜组成。基于支架的结构通过促进Li-O键的形成有效地抑制了LiPS的溶解，更高含量的氧官能团吸收了更多的多硫化物。此外，我们引入了一种涂覆在商用PE隔膜上的Ox-SWCNT夹层，其中碳和Li-O键的多孔结构被证明在固定多硫化物和减轻穿梭效应方面非常有效。

因此，我们的电池大大提高了电化学性能，包括高能量密度、快速氧化还原动力学和出色的循环稳定性，超越了使用传统碳基纳米材料和原始聚乙烯膜的传统Li-S 电池。我们还成功演示了一种由六个堆叠组成的大型袋式电池，每个堆叠包含10个尺寸为50×60mm2的阴极。这些电池的活性材料负载量约为39 mg cm−2，初始放电容量约为1.25Ah。这一性能揭示了高Ox-SWCNTs与硫电极和膜的成功整合，既实现了高能量密度，又能通过延长充放电周期维持超过1Ah的容量。与典型的硬质电池不同，我们的技术具有高能量密度和方便携带的特点，因为它具有柔性和独立的特性，可以集成到各种形状和尺寸的电池中，广泛应用于移动智能设备、可穿戴医疗设备、智能纺织品和长途巡航电动汽车等各个领域。

文献：