Li2S作为锂硫（Li-S）电池中硫的竞争性替代品，具有环境友好、结构稳健、容量大等诸多优点，正受到越来越多的关注。然而，由于其固有的低导电性和缓慢的传质过程，使得在高负载密度下提高高活性材料的利用仍面临着巨大的挑战。
近日，四川大学张楚虹教授，电子科技大学熊杰教授，Chengtao Yang报道了首次利用3D打印的几何自定义功能设计了一种原位生成Li2S修饰的表面修饰开放晶格电极。
文章要点
1）通过图案化具有从中孔到大孔分级孔的高深宽比开放晶格结构，可以确保高负载密度和易于在打印电极内的电解质渗透和传输。此外，针对Li2S/碳质支架之间的接触以及打印的相邻层之间的接触进行了界面工程设计。
2）原位形成的均匀分布的Li2S微晶，抑制了从原位表面修饰产生的材料聚集，从而与下面的碳支架紧密接触以及易于接触电解质的表面积，同时活性材料的利用率和反应活性都得到了极大的提高，并降低了促进电荷储存的活化势垒。对于打印的相邻层，利用一种熟练的油墨配方，使得3D可打印墨水具有优异的自修复能力，可以修复打印界面以消除界面阻力。得益于上述优点，整个电极基体可以高效进行传质，即使在高负载密度下也能充分利用活性材料。
3）实验结果显示，该打印电极具有负载不敏感性和出色的反应动力学，在负载密度高达10 mg cm−2，电流密度为6 mA cm−2下，电极重量容量率保持良好。相应地，观察到面积电容具有惊人的线性，最高值为6.29mAh cm−2，在已报道的克服了性能随负载增加而衰减的问题的Li2S电极中处于领先地位。
参考文献
Lanxin Xue, et al, 3D Printed Li–S Batteries with In Situ Decorated Li2S/C Cathode: Interface Engineering Induced Loading-Insensitivity for Scaled Areal Performance, Adv. Energy Mater. 2021
DOI: 10.1002/aenm.202100420
https://doi.org/10.1002/aenm.202100420
