成果简介
本文，郑州航空工业管理学院在《Nanoscale Adv》期刊发表名为“Nano-sulfur confined in a 3D carbon nanotube/graphene network as a free-standing cathode for high-performance Li–S batteries”的论文，研究采用一种简单的真空过滤方法，制备了一种基于碳纳米管和石墨烯互穿式3D框架的柔性硫阴极。这种结构产生协同效应，不仅可以作为硫/多硫化物容纳的导电碳基体，还可以提供有效的物理约束或化学键合，以减少可溶性多硫化物的关闭。
这种没有粘合剂，导电添加剂和集流体的柔性薄膜可以直接用作阴极而不是铝箔。硫含量为50wt%的S/CNT/G薄膜（S/CNT/G-50）具有良好的可逆性、优异的容量稳定性和稳定的库伦效率。薄膜电极的初始容量高达 948 mA h g−1。经过 200 次循环后，在0.5C下实现超过200个循环薄膜仍保持 593 mA h g −1的容量。即使在 3C 的高倍率下，S/CNT/G 薄膜的放电容量也为 497–469 mA h g−1.碳纳米管充当骨架以形成自维持阴极，石墨烯层为锚固活性材料提供额外的保护。此外，具有多孔结构的碳主体在反应过程中有效地容纳了多硫化物。这些结果表明，S/CNT/G纳米复合材料作为高性能Li-S电池的柔性和无粘合剂阴极具有巨大潜力。
图文导读
图1、 独立式 S/CNT/G 薄膜合成程序示意图。
图2、 不同放大倍率下S/CNT/G胶片的扫描电镜图像（a）–（c）。S/CNT/G 薄膜 （d）、硫映射 （e） 和碳映射 （f） 的 EDX 映射。
图3、 硫的XRD模式（a）和TGA曲线（b），具有不同硫含量的碳纳米管/金膜和S/碳纳米管/胶膜。
图4、 独立式碳纳米管/凝胶薄膜合成工艺的照片
图5、3D导电框架的结构特征，将所得到的S/CNT/G薄膜用作柔性阴极，以研究电化学性能
图 6、（a） 柔性Li-S电池以不同的角度照亮了一个处于平坦和弯曲状态下的红色发光二极管：（c）平坦，（d）90°和（e）180°，甚至滚动状态（b）。软包电池在不同折叠状态下点亮红色LED和电压输出的照片：（f）平坦和（g）折叠90°。
小结
总之，我们已经成功地制造了一种独立式，无粘合剂和无电流收集的硫/碳纳米管/石墨烯（S / CNT / G）薄膜，作为通过真空过滤方法的锂硫电池的高导电框架。这种出色的电化学性能表明，这种独立式、无粘合剂和无集流体的 S/CNT/G 薄膜作为锂硫电池的正极材料具有很高的应用潜力。
文献：https://doi.org/10.1039/D2NA00494A
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