3. CNF电极的特性
图3. S正极的电子束吸收电流测试。
为了证实CNF的电性能，作者采用电子束吸收电流（EBAC）进行测量，如图3a所示，SEM中聚焦扫描电子束作为一个可移动的电流源，连接有电流放大器的外部电流用来测量电子束作用电极处的局部吸收电流，从而获得与电极截面方向垂直的原位吸收电流曲线（图3b），可以看出，CNF电极的EBAC高于CMC，且波动更小，表明其具有更优异的导电性和更均匀的电子传导分布（图3c-f）。此外，循环伏安测试表明CNF的Li+传导效率高于CMC电极。
图4. 具有不同表面电荷的CNFs电极表征。
作者也进一步研究CNFs电极表面电荷效应以及宽高比对电极性能的影响，为此，在这作者定义具有适度和高度羧基化的CNFs电极分别记为CNF1.2和CNF2，Zeta电位测试表明当羧基化程度达到2时，CNF的表面负电位高达 80 mV（图4a），流变测试结果表明不同表面电荷的CNF具有相似的稳态流变特性，但在0.01 s 1剪切速率下的流变性随表面电荷增加而增强（图4b），图4c的接触角测试进一步证实高表面电荷的CNF有利于减小醚类溶剂的接触角以及毛细作用，同时促进电解质的润湿，从而表现出更高的离子传导率（图4d）。
4. CNF电极组装电池的电化学性能
图5. CNF电极组装的扣电循环性能表征。
为了证实所制备CNF的电化学性能，作者首先将其组装成扣电进行测试，如图5a，在5 mg cm 2的S载量下CNF2电极可以稳定循环300圈，容量保持率为77%，在相同载量7 mg cm 2时，CNF2的稳定性高于CNF1.2（图5b），载量进一步提高至16.6 mg cm 2，CNF2的实际容量高达25 mAh cm 2（图5c），比容量和载量的关系表明高S载量有利于CNF容量的持续增加（图5d-f），表明CNF电极独特的3D结构和优异的电子/离子传导率。
图6. CNF电极组装的软包电池性能表征。
为了进一步验证CNF电极实用化的潜能，作者也制备了软包电池，在S载量450 mg下，软包电池可以提供900 mAh g 1的比容量（0.05 C，图6a），进一步提高载量至1100 mg，比容量高达1200 mAh g 1，是理论比容量的71%，并可提供稳定的电压平台2.1 V，从而具有高达330 Wh kg 1的比能量，当将两个2.5 Ah的软包电池串联起来后，可以为无人机稳定运行10 min，而只消耗了1/3的容量。
图7. Li-S软包电池满电态后拆解电池的SEM图像，a-c）Li负极的SEM图像；d-f）CNF正极的截面和俯视方向SEM图像。
作者也对循环后的软包电池的产气以及电极形貌进行分析，气相质谱检测到O2，N2，CH4，C2H6，DOL和DME等气体成分，主要来源于SEI形成过程的分解副产物以及溶剂的分解和挥发，循环后的Li负极表面出现两种形貌（图7a），一种是致密的SEI层（图7b），另一种是低表面积的岩石结构（图7c），未出现Li枝晶，SEM图像证实循环后的CNF电极未出现大的裂纹，同时很好的连接颗粒（图7d-f），进一步说明CNF优异的结构稳定性。
【结论】
总之，本文构建的高羧基化的CNFs作为高载量的S正极载体，一方面，高度负电荷的CNFs具有低宽高比和分级排列的结构，从而形成具有均匀而致密堆积表面的电极，有效缓解负极侧枝晶生成，另一方面，高表面电荷的CNFs的介孔结构优化了曲率度，有利于颗粒的均匀分散，提高了反应动力学，从而实现高的能量密度（330 Wh kg 1）。
