DOI: 10.1021/acsaem.2c00724

锂硫（Li-S）电池因其较高的理论容量和能量密度而备受关注，然而，它们的实际应用受到了硫和硫化锂的绝缘性以及多硫化锂（LiPSs）穿梭效应的阻碍。在此，研究者制备了具有豌豆形空隙的锌-氮共掺杂碳（ZnNC）纳米纤维，并将其用作Li-S电池的中间层。研究发现，ZnNC纳米纤维能够锚定LiPSs并有效催化其氧化还原转化。交联ZnNC纳米纤维中间层作为上集电器可以增强电子转移并加速锂离子扩散。添加ZnNC纳米纤维中间层赋予了Li-S电池高容量、高倍率性能和长循环稳定性。硫负载量约为1.0mg/cm2的电池在0.5C时的初始容量为1198.5mAh/g。在1C下循环500次后，容量保持为694.1mAh/g，每个循环的容量衰减率为0.073%。当硫负载量为6.19mg/cm2时，在0.2C下循环100次后容量达到754.8mAh/g。

图1.用于Li-S电池夹层的ZnNC纳米纤维的合成示意图。

图2.（a）ZnNC和（b）NC纳米纤维的SEM图像。（c）一根ZnNC纳米纤维的TEM图像。（d）ZnNC纳米纤维的SAED图谱。（e）ZnNC纳米纤维夹层的横截面SEM图像。（f）ZnNC纳米纤维的HAADF-STEM图像以及（g）Zn、（h）C和（i）N的相应元素映射图像。

图3.（a）ZIF-8以及（b）ZnNC和NC纳米纤维的XRD图谱。（c）ZnNC纳米纤维的XPS光谱。ZnNC纳米纤维中（d）C1s、（e）N1s和（f）Zn2p的高分辨率XPS光谱。

图4.（a）具有ZnNC和NC电极的对称电池在1mV/s下的CV曲线。（b）具有ZnNC中间层、NC中间层和仅PP隔膜的Li-S电池的CV曲线。（c）0.5C时的恒电流循环性能。（d）倍率性能。（e）具有ZnNC夹层的Li-S电池在不同电流密度下的恒电流充放电曲线。（f）EIS曲线。（g）具有ZnNC中间层的高硫负载Li-S电池在0.2C下的恒电流循环性能。（h）具有ZnNC中间层的Li-S电池在1C下的长期循环性能。

图5.具有（a）ZnNC中间层、（b）NC中间层和（c）仅PP隔膜的Li-S电池的CV曲线。（d-f）根据Randles-Sevcik方程得到的线性拟合曲线。

图6.（a）吸附测试的光学图像。（b）Li2S6溶液以及含有ZnNC和NC纳米纤维的Li2S6溶液的UV-vis曲线。（c-e）在1C下循环500次后，具有ZnNC中间层、NC中间层和仅PP隔膜的Li-S电池的循环锂负极的SEM图像。