DOI: 10.1039/d2ta01573k

具有较高理论能量密度的锂硫（Li-S）电池被认为是一种很有前途的下一代储能系统。然而，同时高效利用硫正极和无枝晶锂负极以实现商业可行性并非易事。在此，本研究制备了一种由N掺杂中空碳纳米纤维组成的自支撑导电织物，其中原位植入有缺陷的Ru-RuO2-x，可同时用作硫正极和锂负极的双功能宿主。富氧空位掺杂的Ru-RuO2-x异质结构使周围纳米纤维具有丰富的活性位点，并巧妙地调整了费米能级附近的态密度（DOS）分布，促进连续再活化并提高集成电导率。此外，由中空纳米纤维交织而成的复合材料具有较大的内部空间和独特的三维框架结构。作为硫宿主，这种协同优势有效增强了硫的固定化，使其适应体积膨胀并催化氧化还原反应。同时，精心设计的具有优异亲锂能力的锂宿主可以促进均匀成核并抑制锂枝晶生长，在锂电镀/剥离过程中于5mA/cm2较高电流密度下，可在400h内实现出色的稳定循环性能。基于上述优势，Li-S全电池（表示为S/Ru-RuO2-x@NC||Li/Ru-RuO2-x@NC）在0.1C时具有5.8mAh/cm2的高面积容量，硫负载量为6.8mg/cm2。本文通过一系列的实验分析和理论模拟，为异质结构合理调制以构建柔性耐用的锂硫全电池提供了一个重要的缺陷工程策略视角。

图1.（a）RuCl3@PAN，（b）RuCl3@PAN-O，（c）RuO2@PAN和（d）Ru-RuO2-x@NC的低倍（插图为高倍）SEM照片；（e）钌基纳米纤维形态演变的示意图。

图2.（a）Ru-RuO2-x@NC的低倍（插图为高倍）TEM图像，（b）HRTEM图像，（c）FFT图谱和IFFT晶格图像，（d）晶格间距分布，和（e-i）高倍元素映射。

图3.（a）24h后RuO2@PAN、RuO2-x@NC、Ru-RuO2-x@NC和Ru@NC吸附LiPSs的光学观察及上清液的相应紫外光谱；（b）Li2S6和Li2S6-Ru-RuO2-x@NC复合材料的S2p高分辨率XPS光谱；（c）对称电池的EIS光谱和（d）CV曲线；（e）使用RuO2@PAN、RuO2-x@NC、Ru-RuO2-x@NC和Ru@NC电极的Li2S沉积曲线。

图4.（a）配备RuO2@PAN、RuO2-x@NC、Ru-RuO2-x@NC、Ru@NC和Cu箔的Li-Cu电池第一次循环中的锂电镀/剥离电压曲线，以及（b）库仑效率比较；裸Li和Li/Ru-RuO2-x@NC对称电池在（c）1mA/cm2和1mAh/cm2，以及（d）5mA/cm2和5mAh/cm2下的循环性能比较。

图5.（a）S/RuO2@PAN||Li/RuO2@PAN、S/RuO2-x@NC||Li/RuO2-x@NC、S/Ru-RuO2-x@NC||Li/Ru-RuO2-x@NC和S/Ru@NC||Li/Ru@NC全电池的EIS光谱，（b）倍率性能，以及（d）1.0C下的长期循环性能。（c）S/Ru-RuO2-x@NC||Li/Ru-RuO2-x@NC电池在不同电流速率下的电压曲线；（e）S/Ru-RuO2-x@NC||Li/Ru-RuO2-x@NC全电池的充放电曲线，（f）倍率性能和（g）循环性能，硫负载量提高到4.1mg/cm2、5.4mg/cm2和6.8mg/cm2。

图6.（a）RuO2@PAN、RuO2-x@NC、Ru-RuO2-x@NC和Ru@NC的XRD图谱，（b,c）拉曼光谱，（d）Ru3d和（e）O1s高分辨率XPS光谱，（f）EPR光谱。

图7.DFT计算结果：（a）d带中心，（b）Li2S4和Li2S6在Ru-RuO2-x上的优化几何构型，（c）Ru bader电荷分析，（d）LiPSs在RuO2、RuO2-x、Ru-RuO2-x和Ru上的结合能，（e）Ru-RuO2-x表面上LiPSs转化的示意图。