耶鲁大学王海梁教授、任龙涛博士联合北京化工大学刘文教授团队：棉花衍生3D单原子催化电极，突破高负载贫液锂硫电池瓶颈

背景：锂硫电池因其高理论比容量和能量密度被视为下一代高比能储能体系的重要候选，但在高硫载量和贫电解液条件下，面临荷质传输受阻、硫转化动力学缓慢及多硫化物穿梭等问题。单原子催化剂虽在促进硫物种转化方面有潜力，但传统粉体负载型电极在高负载贫液条件下存在催化位点被埋没、团聚失活及电解液浸润不足等局限。研究目的：为解决上述问题，研究团队设计并构建了一种棉花衍生的三维自支撑单原子催化电极，旨在通过结构设计实现高活性位点暴露、优异导电网络和良好电解液保持能力的协同，以突破高负载贫液锂硫电池的瓶颈。结论：该电极利用三维碳纤维网络均匀锚定Co单原子位点，有效避免了团聚，增强了催化活性和多硫化物吸附，改善了厚电极内部的传输与反应动力学。在超高硫载量（21 mg cm⁻²）和低液硫比（4 μL mg⁻¹）条件下，电极实现了稳定循环和高面容量（27 mAh cm⁻²），软包电池也展现出良好应用潜力，为锂硫电池实用化提供了新策略。