锂硫（Li-S）电池因其高达2600 Wh kg⁻¹的理论能量密度而成为下一代高能量电池系统的热门选择。然而，锂硫电池的实际应用仍然面临多重挑战，主要包括硫的导电性差、反应动力学缓慢以及“穿梭效应”导致的容量衰减问题。传统的硫正极材料虽然能够提供较好的硫利用率，但由于其电化学惰性，往往无法有效提高电池的实际容量，从而限制了电池的能量密度。
为了解决这些问题，本研究提出了一种创新的方法，首次将氟化碳（CF）作为活性宿主材料，结合高熵金属磷化物（HEP）催化剂，增强了硫的转化反应和电极的导电性。氟化碳的氟化程度可以精确控制，从而平衡其导电性、容量、孔隙度和分子极性，使其成为理想的电活性硫宿主材料。通过高熵金属磷化物的激活作用，CF材料表现出显著的额外容量贡献，从而提升了锂硫电池的整体性能。
第一作者：Rui Gao
通讯作者：言天英、陈鹏
第一单位：南开大学
【研究亮点】
氟化碳（CF）作为电活性宿主：本研究首次提出将氟化碳作为硫的电活性宿主，具有约1000 mAh g⁻¹的高容量，为锂硫电池提供额外的电荷存储。
高熵金属磷化物（HEP）催化剂的创新应用：通过将高熵金属磷化物（Pd₀.₃₄Sn₀.₁₅Ni₀.₀₅Co₀.₉Cu₀.₂₉P₀.₀₈）原位沉积在CF材料表面，显著增强了硫的转化反应和电极的导电性。
显著提升的初始放电容量和速率性能：采用S/HEP/CF复合正极材料的电池，在0.1C速率下实现了1059.2 mAh g⁻¹的初始放电容量，在2C速率下仍能保持476.5 mAh g⁻¹的高放电容量，显示出卓越的快充性能。
长期稳定性与高硫负载能力：即使在极端条件下（硫负载为3.2 mg cm⁻²，电解质/硫比为10 μL mg⁻¹），S/HEP/CF电池仍能保持492.6 mAh g⁻¹的高放电容量，并具有优异的循环稳定性。
【图文鉴赏】
【结论与展望】
本研究提出的S/HEP/CF复合材料展示了极其优异的电化学性能，成功突破了锂硫电池在高能量密度实现过程中的瓶颈。通过将氟化碳材料与高熵金属磷化物催化剂相结合，不仅提升了电极的导电性，还增强了硫的转化反应，从而实现了电池的额外容量贡献。S/HEP/CF电池展现了高达1059.2 mAh g⁻¹的初始放电容量和476.5 mAh g⁻¹的高速充放电性能，同时在苛刻条件下仍能保持良好的容量保持率（492.6 mAh g⁻¹）。这一研究为锂硫电池的实际应用提供了新的思路，未来可以通过进一步优化高熵金属磷化物的组成和结构，提升电池的循环寿命和充放电效率。
此外，氟化碳和高熵金属磷化物的结合不仅为锂硫电池提供了新的电活性宿主材料，也为其他类型的高能量电池材料设计提供了宝贵的经验。随着未来电池技术的不断进步，这一创新方案有望在更广泛的能源存储系统中得到应用，推动高能量密度电池的商业化进程。
文章信息
期刊：Advanced Functional Materials
题目：High Entropy Metal Phosphide Activated Fluorinated Carbon as Electroactive Host for Extra High Cathode Capacity in Lithium–Sulfur Batteries
作者：Rui Gao, Yating Zhang, Peng Chen, Tianying Yan, Xueping Gao
接受日期: 28 March 2025
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202502090
