DOI: 10.1021/acsami.2c19987

通过化学气相沉积法在泡沫镍（NF）表面涂覆由碳纳米管（CNTs）和碳纳米纤维（CNFs）组成的纳米碳（NCs）。CNFs在NF上形成导电网络，而CNTs垂直于CNFs表面生长，同时在CNTs末端形成Ni纳米颗粒（Ni NPs）。将具有多孔结构的独特Ni-NCs涂覆NF用作锂硫（Li-S）电池的三维（3D）集电器，这提供了足够的空间来容纳其内部的电极材料。因此，合并到电极材料中的涂覆NF集电体的3D互连导电框架缩短了电子传输路径，生成的Ni NPs可以吸附多硫化锂（LiPSs），并有效加速LiPSs的转化动力学，从而抑制“穿梭效应”。此外，NF的刚性框架还将限制电极组分的移动，这有利于Li-S电池的稳定性。事实上，基于Ni-NCs涂覆NF集电体的Li-S电池在0.1C时提供了高达1472mAh/g的初始放电容量，在3C时提供了出色的高倍率性能（802mAh/g）。在0.2C（300次循环）和0.5C（500次循环）下分别获得了0.067%和0.08%的低衰减率。总体而言，制备的Ni-NCs涂层NF集电体有望应用于高性能锂硫电池。

图1.（a）通过CVD方法制备Ni-NCs涂覆NF电极的示意图，（b）原始NF骨架、（c）Ni-NCs涂层NF的表面，以及（d）填充有电极材料的Ni-NCs涂层NF正极的SEM图像。

图2.（a,b）Ni NCs涂覆NF的不同放大倍率SEM图像，（c）Ni NCs整体结构的TEM图像，（d,e）选定区域的对应HR-TEM图像，（f）尖端具有一个Ni纳米颗粒的CNT分支和（g）Ni NCs涂覆NF的元素映射图像，（h）CNT/CNFs的拉曼光谱，（i）浆料涂覆前后所得正极的横截面图像，以及（j）在机械强度测试下Ni-NCs涂覆NF集电器的数字照片。

图3.（a）Ni-NCs涂覆NF和（b）碳涂覆Al在不同循环中于0.1mV/s扫描速率下的循环伏安图，（c）Ni-NCs涂覆NF和碳涂覆Al电极在0.2C下的恒电流充放电曲线，以及（e）在0.2C下，Ni-NCs涂覆NF正极进行不同循环的充放电曲线。

图4.（a）Ni-NCs涂覆NF和碳涂覆Al正极在不同充放电速率（0.1-3C）下的倍率性能；（b）Ni-NCs涂覆NF正极在不同充放电速率下的典型恒电流充放电曲线。（c）具有不同硫负载的Ni-NCs涂覆NF正极在0.5C时的循环性能，（d）Ni-NCs涂覆NF的GITT图。

图5.（a）不同循环中Ni-NCs涂覆NF和碳涂覆Al正极的电化学阻抗谱（EIS）图，（b）充放电循环前后电池的等效电路模型，（c）在0.5C下经350次循环后Ni-NCs涂覆NF正极（2mg/cm2）的表面和（d,e）横截面SEM图像，（f）在0.5C下经200次循环后Ni-NCs涂覆NF正极（3mg/cm2）的表面和（g）横截面图像，（h）空白Li2S6溶液以及内部含裸NF和Ni-NCs涂覆NF的溶液的UV-vis光谱，插图显示了Li2S6水溶液吸附测试的可视化结果。