Para lograr la viabilidad comercial de las baterías de litio-azufre (Li-S), es imperativo aumentar sustancialmente la carga superficial de azufre del cátodo para alcanzar una mayor densidad de energía. Sin embargo, aumentar la carga de azufre deteriora inevitablemente la eficiencia del transporte de carga y ralentiza la cinética de reacción electroquímica, lo que lleva a una degradación pronunciada en la capacidad de tasa y estabilidad de ciclo. Para abordar estos desafíos críticos, se adopta una estrategia biomimética para diseñar nanomateriales de carbono dopados con nitrógeno y porosidad gradiente (Bio-N-CNTs) con arquitecturas de poro gradualmente radiales, lo que permite su uso como materiales anfitriones de azufre altamente efectivos. La espectroscopia Raman in situ y DFT revelan que tales estructuras únicas facilitan el transporte de masa eficiente, la difusión de iones, la conversión de azufre y una alta carga de azufre simultáneamente, así como permiten la conversión catalítica de confinamiento en gradiente de LiPSs. Como resultado, el cátodo Bio-N-CNT/S muestra una tasa de disminución de capacidad de solo 0.178% después de 100 ciclos a una velocidad de 0.1 C. Incluso bajo condiciones de alta carga de azufre de 8.6 mg cm-2, este material de cátodo mantiene un 71% de retención de capacidad después de 100 ciclos. Además, se implementa una estrategia de recuperación de plata "precipitación-enriquecimiento-reducción-regeneración" con una tasa de recuperación del 93%, mejorando la viabilidad económica. Este trabajo demuestra un anfitrión biomimético Bio-N-CNT innovador, escalable y sostenible para baterías prácticas de Li-S.
Cheng et al. (Mon,) estudiaron esta cuestión.