DOI: 10.1016/j.cej.2021.130246

Li-S电池是下一代储能系统的理想选择之一，但其实际应用受到难以控制的多硫化物穿梭效应和转化动力学滞后的严重阻碍。在此，研究者通过静电纺丝以及随后的原位硫化开发了一种柔性电极，该柔性电极由封装Co9S8纳米晶体和CNTs的多孔N掺杂碳纳米纤维（NCF）（CNT@NC/Co9S8）组成。碳纳米纤维和嵌入的CNTs构成了一个高导电网络，而Co9S8和N掺杂为LiPSs的限制提供了更多的极性位点。这种硫负载量为12.5mg/cm2的自支撑柔性电极具有较高的初始放电容量（0.1C时为1207.7mAh/g），出色的倍率性能（4.0C时为831.2mAh/g）和循环稳定性（在2.0C下循环1000次后为765.5mAh/g，容量保持率为78.1％）。而且，当硫负载量增加到20和30mg/cm2时，在0.1C下循环100次后可分别获得869.2和706.6mAh/g的高容量。理论分析表明，基于CNT@NC/Co9S8构建的硫正极对LiPSs氧化还原具有电催化活性，其转化动力学增强，从而减轻了不利的PSS效应。

图1.（a）柔性CNT@NC/Co9S8复合材料的制备过程示意图和（b）数码照片。

图2.（a-c）柔性CNT@NC/Co9S8复合材料不同放大倍率的FE-SEM图像，（d-f）TEM图像，（g）HR-TEM图像和相应的SAED图像（插图），（h）扫描TEM（STEM）以及C、N、Co和S相应的元素映射。

图3.（a）柔性CNT@NC/Co9S8复合材料的XRD图，（b）拉曼光谱，（c）N2吸附和解吸等温线以及相应的孔径分布（插图），（d）TG/DSC曲线。

图4.CNT@NC/Co9S8复合材料的高分辨率XPS光谱：（a）C1s，（b）N1s，（c）Co2p和（d）S2p。

图5.（a）自支撑NC-S、CNT@NC-S和CNT@NC/Co9S8-S电极在0.1C下的循环性能，以及（b）相应的倍率性能，（c）奈奎斯特图和相应的等效电路模型（插图），（d）具有较高硫负载的CNT@NC/Co9S8-S正极在0.1C下的循环性能，（e-f）在2.0C和4.0C下的长期循环性能。

图6.DFT理论计算：（a）吸附在NC/Co9S8和NC表面上的多硫化锂Li2Sx（x=1、2、4、6和8）和S8团簇的优化配置的正视图和俯视图，（b）相应结合能的曲线图，（c）Li2S4溶液中吸附能力的数字图像：（I）裸Li2S4溶液，（II）NC，（III）CNT@NC和（IV）CNT@NC/Co9S8。（d-e）Li2S4在NC/Co9S8和NC表面上扩散的能垒分布图，以及初始状态（IS），过渡态（TS）和最终状态（FT）下扩散路径的相应优化几何形状。

图7.NC（a），Co9S8（b）和NC/Co9S8（c）的总原子和原子分辨态密度。（d）与NC和NC/Co9S8相互作用的Li2S4的总原子态密度。（e）电荷补偿对LiPSs固定化的影响以及NC/Co9S8表面上LiPSs的快速氧化还原和转化动力学的示意图。