DOI: 10.1007/s12274-023-5512-6

廉价生物技术的原理正越来越多地被用于解决锂硫电池使用所带来的问题。本研究以低成本的海洋生物废弃物甲壳素为前驱体，原位制备了含有丰富孔隙的甲壳素衍生氮掺杂分层多孔碳纤维（CNHPCFs）。这些材料的特征在于不同的形态和高比表面积，并呈现出分层多孔结构。CNHPCFs吸附多硫化物，表现出良好的离子导电性，可用于产生绿色能源。这些性能有助于解决体积膨胀和传输速度慢的问题。CNHPCF-1@S正极表现出优异的循环性能和高容量（0.2C时为1368.80mAh/g；5C时每循环的衰减率为0.011%）。使用原位X射线衍射和原位拉曼光谱技术研究了CNHPCF-1@S的高电化学可逆性和所遵循的分步反应机制。本研究有望为海洋生物肥料的回收和处理提供新思路，同时也有利于扩展锂硫电池的应用前景。

图1.碳纤维制备过程示意图。将虾壳和蟹壳溶解在KOH/尿素体系中以制备材料。

图2.（a-f）记录的CNHPC、CNHPCF-2和CNHPCF-1的SEM图像。（g和h）记录的CNHPCF-1的TEM图像，（i）记录的CNHPCF-1的STEM图像，以及对应于CNHPCF-1的能量色散光谱（EDS）元素映射图像。

图3.（a）记录的CNHPCF-1、CNHPCF-2和CNHPC的XRD图谱、（b）拉曼光谱、（c）高分辨率C1s光谱和（d）N1s光谱。

图4.（a和b）记录的CNHPCF-1@S、CNHPCF-2@S和CNHPC@S的N2吸附-解吸等温线。（c）记录的CNHPCF-1@S的TG曲线，（d-g）CNHPCF-1@S的EDS映射。

图5.（a）记录的CNHPCF-1@S、CNHPCF-2@S和CNHPC@S的CV曲线（扫描速率：0.1mV·s-1）。（b）EIS数据，（c）0.2C时的循环性能，（d）0.2C下的充放电曲线，（e）CNHPCF-1在0.2C下进行1-200次循环期间的充放电曲线，（f）倍率性能，以及（g）2C下的长期循环性能。

图6.（a）CNHPCF-1@S在不同扫描速率条件下的CV曲线。（b）基于CNHPCF-1@S、CNHPCF-2@S和CNHPCF@S氧化过程的峰值电流计算离子扩散速率。（c）Li2S6吸附实验期间记录的可视化吸附曲线和紫外-可见光谱。（d-f）使用CNHPCF-1、CNHPCF-2和CNHPC进行的成核试验结果。红色：Li₂S₈还原，绿色：Li₂S₆还原，黄色：Li2S沉淀。

图7.（a和b）使用CNHPCF-1@S作为正极进行原位拉曼测试的结果（第一次循环；0.2C）。（c）使用原位拉曼光谱技术记录的放电/充电曲线，（d和e）CNHPCF-1@S的原位XRD图谱（第一次放电/充电循环；0.2C），以及（f）使用原位XRD技术记录的匹配放电-充电曲线。

图8.（a和（b）CNHPCF-1@S电极在变化的电流密度和高硫负载条件下的性能。（c）使用CNHPCF-1@S作为软包电池电极为遥控（RC）船供电的结果。