周广民揭示正负极之间的耦合效应，以开发实用的锂硫电池

硫阴极局部反应的非均相性和锂负极的不均匀锂沉积是锂硫（Li-S）电池实际应用中难以解决的问题。 尽管在硫阴极和锂负极的优化方面取得了令人瞩目的进展，但对正负极之间的高度耦合仍缺乏全面的认识。

周广敏，清华大学深圳国际研究生院受Butler-Volmer方程的启发，通过同时考虑传质指数（imass）和电荷转移指数（icharge），确定了有助于合理设计硫阴极结构的二元描述符（IBD），构建了IBD与锂负极形貌演化的关系。 有限元结果表明，IBD调控的局部电流密度是硫阴极与锂负极电化学行为之间的桥梁。 具体来说，较高的IBD可以在正极和负极上产生更均匀分布的局部电流密度，从而促进均匀反应。

图2高IBD mf@cnt正极的制备结合对有限元的理解，作者报道了一种三聚氰胺formaldehyde@carbon纳米管（mf@cnt）海绵作为高IBD的硫宿主模型，其互连的孔隙结构不仅具有均匀的局部电流密度，而且能够实现快速离子传输，从而降低正负极的反应异质性。 该mf@cnt具有重量轻、机械强度高、对电解液润湿性好等优点，具有量产潜力。 结果，基于mf@cnt的 Li-S 电池显示 203 mAh cm-2 的惊人容量。 此外，mf@cn基AH级软包电池的能量密度分别为318 Wh kg-1和473 Wh L-1，显示出巨大的实际应用潜力。

图3 S-mf@cnt的电化学性质unr**eling the coupling effect between cathode and anode towards practical lithium-sulfur batteries. advanced materials 2023. doi: 10.1002/adma.202303610