Li-S电池实际应用的主要挑战在于，在高硫负荷下突破缓慢的动力学障碍和硫正极的多硫化物穿梭，以在延长的充放电循环中连续高硫利用率方面，存在很大的困难。在这里，我们证明，通过简单的球磨工艺，可以通过化学气相沉积（CVD）将大量的硫有效地掺入高质量石墨烯的三维（3D）网络中。虽然高质量的石墨烯网络提供了连续且持久的通道以实现锂离子和电子的有效传输，但通过球磨的合金化作用进行的原位硫掺杂促进了与整个硫物质的亲和性，从而防止了硫的损失，以及高活性位点推动了硫在循环中的氧化还原反应。这导致了显著的倍率性能和出色的循环稳定性，以及在非常高的硫质量负载下具有较大的面容量。
 
Figure 1. （a）示意图；（b）CNFs，（c）CNFs上的VG和（d）SG/S的SEM图像。
 

Figure 2. SG/S的TEM：（a,b）明场图像；（c）高角度环形暗场图像；（d）HRTEM图像；（e）CNFs和SG/S上VG的拉曼光谱；（f）CNFs和SG/S上VG的C 1s光谱。
 

Figure 3. （a）倍率性能测试后，VG/S和SG/S正极在0.1 C至5 C的不同电流密度下放电和充电曲线，以及在0.5 C时的容量变化；（b）比较VG/S和SG/S正极在0.2 C时的恒电流充/放电曲线，以及（c）0.2 C下放电/充电后，VG/S和SG/S的相应时间-电压曲线（V-t）。
 

Figure 4. （a）SG/S在不同充放电深度的EIS；在恒定的过电势下，VG/S和SG/S的计时电流曲线：（b）-50 mV，放电深度为50％；（c）50 mV，充电深度为50％；VG/S和SG/S的线性极化曲线：（d）放电深度为50％，（e）充电深度为50％。
 

Figure 5. （a）SG/S在0.1 C和0.2 C速率下的循环性能，硫的质量负载为4 mg cm^-2；（b）SG/S在0.2 C下的循环性能，硫质量负荷为8 mg cm^-2。
 
      相关研究成果于2020年由郑州大学Peng Zhang和Guosheng Shao课题组，发表在Journal of Energy Chemistry（doi.org/10.1016/j.jechem.2020.01.033）上。原文：In situ sulfur-doped graphene network as efficient metal-free electrocatalyst for polysulfides redox reactions in lithium-sulfur batteries。

摘自《石墨烯杂志》公众号：