三维CuCo2 O4 纳米片阵列多功能集流体助力高性能锂硫电池

针对锂硫电池（LSB）中多硫化锂（LiPSs）的“穿梭效应”和缓慢反应动力学问题，研究人员设计了一种碳布负载CuCo2 O4 纳米片阵列（CCO@CC）的三维集流体，兼具吸附和电催化功能。该材料通过双金属协同效应和独特结构，显著提升硫转化动力学，实现1296 mAh g?1 高容量和1500次循环0.037%的超低衰减率，为高能量密度储能器件提供新思路。

　　

在能源转型的全球背景下，锂硫电池（LSB）因其1675 mAh g^?1
的理论比容量和2600 Wh kg^?1
的能量密度被视为下一代储能技术的希望之星。然而，多硫化锂（LiPSs）的“穿梭效应”和缓慢的氧化还原动力学如同两座大山，阻碍了其商业化进程。传统碳基材料仅依赖物理吸附，而单金属氧化物导电性差，如何同时实现高效锚定和催化转化成为关键科学问题。

武汉科技大学的研究团队另辟蹊径，将目光投向兼具导电性与催化活性的双金属氧化物CuCo₂
O₄
（CCO）。他们通过简单的溶剂热法，在碳布（CC）表面构建了三维纳米片阵列（CCO@CC），一举攻克了传统铝箔集流体界面相容性差、硫负载量低的难题。这种设计巧妙融合了CC的柔性导电骨架与CCO的丰富活性位点，其层状多孔结构不仅能通过Cu/Co-S键化学吸附LiPSs，还加速了电子/离子传输，堪称“三位一体”的解决方案。

关键技术方法
研究采用酸预处理活化碳布基底，通过溶剂热法生长Cu-Co-OH前驱体并煅烧获得CCO@CC。材料表征涵盖X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）；电化学测试包括循环伏安（CV）、恒流充放电和交流阻抗（EIS）；通过紫外-可见光谱（UV-vis）和对称电池实验验证吸附与催化性能。

研究结果

1. 材料特性：SEM显示CCO纳米片由10-20 nm颗粒组成，形成分级孔隙结构，比表面积达89.6 m²
   g^?1
   。XPS证实Cu²⁺
   /Cu⁺
   和Co³⁺
   /Co²⁺
   氧化还原对共存，利于电子转移。
2. 吸附与催化：UV-vis显示CCO@CC对Li₂
   S₆
   吸附量达6.8 mg m^?2
   ，对称电池测试中电流密度提升5倍，证实其卓越催化活性。
3. 电化学性能：CCO@CC/AB@S电极在0.1C下展现1296 mAh g^?1
   的高容量，3C倍率下仍保持567 mAh g^?1
   ；5.4 mg cm^?2
   高硫负载时，面积容量达5.47 mAh cm^?2
   ，100次循环容量保持率81.5%。

结论与意义
该研究通过精准调控双金属氧化物纳米结构，实现了集流体-吸附剂-催化剂的功能集成。CCO@CC中Cu提升导电性、Co增强催化活性的协同效应，结合三维多孔框架对体积膨胀的缓冲作用，为高能量密度LSB提供了可规模化制备的解决方案。尤其值得注意的是，该设计在保持优异倍率性能的同时，将循环衰减率降至0.037%/圈，这一突破性进展发表于《Applied Surface Science》，为未来储能材料的结构-功能一体化设计树立了新标杆。