近日，西安交通大学教授延卫、郗凯与王嘉楠团队创新性地提出了一种层次化多孔集流体(HPCC)设计策略。该集流体以大孔三维碳布为基底，通过B-H偶联反应在其内部生长共轭微孔导电聚合物，并与多硫化锂的尺寸精准匹配，实现物理限域与化学吸附的双重固定。导电聚合物薄层在碳布内部构建了丰富的介孔通道，显著提升了锂离子通量。相关成果发表在《先进功能材料》上。

在下一代高比能电池体系的角逐中，锂硫电池凭借2600瓦时每千克的超高理论能量密度、硫资源丰富及环境友好等优势，被视为最具前景的候选者之一。然而，其正极集流体的设计长期未获足够重视。传统二维铝箔集流体虽导电性优异、工艺成熟，但其致密无孔的表面在高硫负载下极易造成活性物质堆积与离子传输受阻。同时，铝箔对多硫化锂吸附能力弱，难以抑制穿梭效应，导致活性物质损失和循环稳定性下降。

三维碳布集流体虽凭借多孔网络提供了丰富的离子扩散通道和体积变化缓冲空间，但其不规则大孔结构及非极性碳与极性多硫化锂之间较弱的相互作用，依然无法有效锚定多硫化物，催化活性不足同样制约了电池容量的进一步突破。

分级多孔多功能集流体助力高性能锂硫电池示意图。西安交通大学供图

团队进一步通过电沉积技术在集流体表面均匀负载钯纳米颗粒催化剂，降低了多硫化物转化的反应活化能，加速了吸附态多硫化锂向稳定固相的动力学位点转化。该设计融合了二维与三维集流体的结构优势，构筑了兼具催化、吸附及电子/离子传导功能的一体化导电网络。该层次化多孔集流体在0.2倍率下容量达1304毫安时每克，高硫负载（10.3毫克每平方厘米）下90次循环容量衰减率仅0.42%/圈，能量密度达369瓦时每千克，展示出良好应用前景。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.75650