周廣民揭示正負極之間的耦合效應，以開發實用的鋰硫電池

硫陰極區域性反應的非均相性和鋰負極的不均勻鋰沉積是鋰硫（Li-S）電池實際應用中難以解決的問題。 儘管在硫陰極和鋰負極的優化方面取得了令人矚目的進展，但對正負極之間的高度耦合仍缺乏全面的認識。

周廣敏，清華大學深圳國際研究生院受Butler-Volmer方程的啟發，通過同時考慮傳質指數（imass）和電荷轉移指數（icharge），確定了有助於合理設計硫陰極結構的二元描述符（IBD），構建了IBD與鋰負極形貌演化的關係。 有限元結果表明，IBD調控的區域性電流密度是硫陰極與鋰負極電化學行為之間的橋梁。 具體來說，較高的IBD可以在正極和負極上產生更均勻分布的區域性電流密度，從而促進均勻反應。

圖2高IBD mf@cnt正極的製備結合對有限元的理解，作者報道了一種三聚氰胺formaldehyde@carbon奈米管（mf@cnt）海綿作為高IBD的硫宿主模型，其互連的孔隙結構不僅具有均勻的區域性電流密度，而且能夠實現快速離子傳輸，從而降低正負極的反應異質性。 該mf@cnt具有重量輕、機械強度高、對電解液潤濕性好等優點，具有量產潛力。 結果，基於mf@cnt的 Li-S 電池顯示 203 mAh cm-2 的驚人容量。 此外，mf@cn基AH級軟包電池的能量密度分別為318 Wh kg-1和473 Wh L-1，顯示出巨大的實際應用潛力。

圖3 S-mf@cnt的電化學性質unr**eling the coupling effect between cathode and anode towards practical lithium-sulfur batteries. advanced materials 2023. doi: 10.1002/adma.202303610