【图7】a)扫描速率为0.1mV s−1时初始CV曲线的比较；b)DHCP/S正极的初始三条CV曲线；c)不同扫描速率下DHCP/S正极的CV曲线；d)无催化剂/S，e) HCP/S正极和f) DHCP/S正极的Ip和v0.5的线性关系；g) Li+扩散系数，h) EIS，和I)无催化剂/S、HCP/S和DHCP/S正极的阻抗值。
图7a显示了无催化剂/S、HCP/S和DHCP/S正极的CV曲线。这里，催化剂在整个在极中的实际含量约为20 wt%。位于2.3和2.0 V的两个阳极峰表明高阶多硫化物转化为低阶多硫化物，并进一步转化为固体Li2S2/Li2S。DHCP/S正极显示出较小的极化程度，并且其极化电位(0.368 V)显著低于HCP/S正极的极化电位(0.383 V)。此外，DHCP/S正极的峰值电流高于HCP正极。这些结果表明DHCP/S正极具有良好的反应动力学。此外，可以看出DHCP/S正极的最初三条CV曲线(图7b)显示了良好的一致性，表明DHCP/S正极具有令人满意的循环性能。如图7c所示，随着扫描速率的增加，由于极化效应，峰电位发生位移，相应的峰电流也相应增加。图7d–f显示了标记为B、C、D和F的四个氧化还原峰的峰值电流（ip）和扫描速度的平方根（v0.5）之间的线性关系。作者计算了三个电池的Li+离子扩散系数，相关结果如图7g所示。在还原过程中，DHCP/S正极的Li+离子扩散系数高于HCP/S正极，表明其改善了反应动力学。此外，氧化过程显示出比还原过程更快的反应动力学，这意味着硫氧化过程容易发生。图7h显示了三个电极的EIS。可以看出，奈奎斯特由两个半圆和一条直线组成，分别指向欧姆阻抗(R1)、电荷转移阻抗(R2)和界面阻抗(R3)。图7i根据图7h插图中所示的等效电路图显示了R1、R2和R3的特定阻抗值。可以看出，DHCP/S正极在三个正极中显示出最小的电荷转移阻抗，暗示了快速的电子转移过程和快速的反应动力学。
【图8】a)DHCP/S正极在不同倍率下的恒流放电/放电曲线；b)倍率性能；C)0.5C下的循环性能；d)无催化剂/S、HCP/S和DHCP/S正极在1 C下的循环稳定性；e)具有不同硫负载的DHCP/S正极的倍率性能；f)具有不同倍率和硫负载的DHCP/S正极的面积容量。
电化学性能评价显示了DHCP催化剂的优势。如图8a所示，DHCP/S的比容量分别为0.1 C时1276 mAh g-1、0.2 C时1113 mAh g-1、0.5 C时925 mAh g-1、1 C时800 mAh g-1和2 C时706 mAh g-1。相比之下，如图8b所示，HCP/S和无催化剂正极的可逆容量都不如DHCP/S正极。此外，DHCP/S正极从大电流到小电流也表现出良好的容量恢复能力。图8c显示了三种电池在0.5 C下的循环性能，可以看出DHCP/S正极在200次循环内表现出良好的循环稳定性，容量衰减率仅为0.069%每循环，而无催化剂正极和HCP/S正极的容量衰减率分别为0.13%和0.16%每循环。显然，DHCP/S正极表现出更好的性能。当电流密度增加到1 C时，DHCP/S正极仍然表现出令人满意的性能，尽管相关结果与0.5 C时的性能相比略有下降。从图8d可以看出，在小电流(0.1 C)激活过程后，放电容量可以达到840 mAh g-1。500次循环后，可逆容量保持在518 mAh g-1，容量衰减率仅为0.077%。如图8e所示，当硫含量增加到3.62、4.63和5.25mg cm-2时，DHCP/S正极也能提供令人满意的性能。实际上，可以看出锂硫电池的电化学性能有一些波动，这与厚正极和低电解质消耗有关。在高硫负载的情况下，块状硫倾向于连续沉积和溶解，直到它均匀地分布在正极中。因此，初始循环中的硫利用率可能不同，导致比容量持续上升。经过一定次数的循环后，活性硫的分布达到平衡，锂硫电池的容量趋于稳定。图8f显示了硫负载、电流密度和面积容量之间的关系。可以看出，所有三种负载的DHCP/S正极在0.1 C下的面积容量都可以超过4 mAh cm-2，这基本上满足了工业化的需求。
4、总结与展望
本文设计并制备了具有独特空心结构和丰富缺陷的Co9S8空心棱柱作为锂硫电池的多功能硫宿主和催化剂材料。在DHCP宿主中，空腔结构和高电导率允许吸附的多硫化物直接转化，而不扩散到导电基质，确保硫物种的高效转化。此外，理论计算证明DHCP结构可以同时优化吸附和催化性能。这一工作提供了一种中空结构设计和表面缺陷工程的协同策略来改善Li-S电池的反应动力学和电化学性能，这将在不久的将来推动其发展和实用化。
