多硫化物穿梭效应限制了Li-S电池的循环性能，加州大学段镶锋团队和湖南大学鲁兵安、杨红官团队开发了一种具有三重保护策略的分层结构复合材料，即石墨烯、有机导体PEDOT和N、P共掺杂的生物碳来封装硫物质（GOC@NPBCS）。首先以简易且通用的生物模板方法--使用革兰氏阳性细菌枯草芽孢杆菌（GBBS）作为模板和碳源--合成N、P共掺杂生物碳（NPBC），然后用有机导体PEDOT和石墨烯（GOC@NPBCS）涂覆生物碳包封的硫。
理论计算表明，与纯碳相比，Li2Sx在N、P共掺杂碳表面上的吸附能显著增加（~112-3,506％）。源自天然细菌衍生的生物碳具有固有的N、P共掺杂，该生物碳对多硫化锂的吸附大大增加，从而降低穿梭效应。这种独特的分层结构复合材料通过生物碳、石墨烯和PEDOT的分级三重保护策略，可有效地固定硫，最大限度地减少多硫化锂的穿梭效应，提高导电性，并提供足够的内部空隙空间以适应体积变化和机械应力，从而实现优异的Li-S电池性能。
这些协同效应使得所述GOC@NPBCS正极展示出异常优异的循环稳定性（在5C下1000次循环中每圈循环容量衰减为0.045％），高比容量（0.5C 下1193.8 mAh g-1）和优异的倍率性能。
Tao Wang, Jian Zhu, Zengxi Wei, Hongguan Yang, Zhaolin Ma, Ruifang Ma, Jian Zhou, Yuhua Yang, Lele Peng, Huilong Fei, Bingan Lu, Xiangfeng Duan, Bacteria Derived Biological Carbon Building Robust Li-S Batteries. Nano Letters, 2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b00996
