近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所微納米反應(yīng)器與反應(yīng)工程學(xué)研究組(05T7組)劉健研究員團(tuán)隊(duì)與二維材料與能源器件研究組(DNL21T3)吳忠?guī)浹芯繂T團(tuán)隊(duì)通過分子水平的設(shè)計(jì)，開發(fā)了一種Fe1-xS修飾的納米反應(yīng)器，并將其應(yīng)用于鋰硫電池正極，獲得了優(yōu)異的多硫化物催化活性和循環(huán)穩(wěn)定性。

鋰硫電池具有較高的理論能量密度(2600 Wh/kg)和理論比容量(1675 mAh/g)，被認(rèn)為是一種有廣闊應(yīng)用前景的高比能電池。但由于在充放電過程中硫的轉(zhuǎn)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)慢，導(dǎo)致硫的利用率不高、穿梭效應(yīng)嚴(yán)重等問題，使得鋰硫電池的容量偏低，循環(huán)穩(wěn)定性差，大大限制了鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用。因此，如何合理設(shè)計(jì)電催化體系，在高載硫的條件下，高效穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)多硫化物的催化轉(zhuǎn)化，提高鋰硫電池的容量和壽命，是目前鋰硫電池應(yīng)用發(fā)展的瓶頸之一。

該研究團(tuán)隊(duì)從分子水平的設(shè)計(jì)角度出發(fā)，合理地設(shè)計(jì)出一種電催化劑Fe1-xS顆粒修飾的碳球納米反應(yīng)器，并將其應(yīng)用于鋰硫電池的正極，成功構(gòu)建了高催化活性、高硫載量的硫正極復(fù)合材料。該納米反應(yīng)器質(zhì)量密度低，孔隙率高，具有高度分散的電催化劑，顯著提高了對(duì)多硫化物的吸附催化轉(zhuǎn)化能力。在0.5 C的電流密度條件下，容量保持1070 mAh/g循環(huán)200圈幾乎沒有衰減。這種納米反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)策略為研究納米空間中的離子遷移擴(kuò)散，構(gòu)建高容量、長循環(huán)壽命的金屬硫電池提供了新的思路。