近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室二維材料化學(xué)與能源應(yīng)用研究組研究員吳忠?guī)泩F隊與有機—無機雜化材料研究組研究員楊啟華團隊合作，發(fā)展了一種單原子鋅修飾的中空碳球納米反應(yīng)器。該反應(yīng)器可同時用作鋰硫電池正極、負極的基體，有效地提高了對多硫化物的催化活性并抑制了鋰負極枝晶的生長，應(yīng)用該反應(yīng)器的高比能鋰硫全電池具有高載量、高倍率、長循環(huán)的性質(zhì)。
鋰硫電池具有較高理論能量密度（2600Wh/kg）和比容量（1675mAh/g），被認為是最具潛力的下一代高能量密度的電化學(xué)儲能技術(shù)。但是由于正極多硫化物的穿梭效應(yīng)、轉(zhuǎn)化動力學(xué)緩慢、負極的鋰枝晶生長等原因，導(dǎo)致鋰硫電池的容量較低、安全性能不高、循環(huán)穩(wěn)定性差，這嚴重限制了其商業(yè)化發(fā)展。因此，設(shè)計一種輕質(zhì)量、高導(dǎo)電、高催化活性、優(yōu)異親鋰位點、高機械強度的載體材料，能夠同時抑制多硫化物穿梭和金屬鋰枝晶的鋰硫全電池，是目前突破鋰硫電池應(yīng)用瓶頸的一種有效方法。
大連化物所研發(fā)出單原子修飾的納米反應(yīng)器并用于高性能鋰硫電池
該工作針對鋰硫電池存在的科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，充分結(jié)合了吳忠?guī)泩F隊在高性能鋰硫電池體系（Adv. Energy Mater.; J. Energy Chem.; ACS Nano; Nano Energy; ACS Nano; ACS Nano; Angew. Chem. Int. Ed.）和楊啟華團隊在高效納米反應(yīng)器催化體系（Angew. Chem. Int. Ed.; ACS Sustainable Chem. Eng.; ACS Catal.; ACS Catal.; Catal. Sci. Technol.; Chem. Commun.; J. Mater. Chem. A; Chem. Commun.）的研究，發(fā)展了原子尺度的單原子鋅修飾的中空碳殼納米反應(yīng)器。該反應(yīng)器具有較高的比表面積、多級的孔結(jié)構(gòu)、良好的親鋰金屬表面、優(yōu)異的催化活性。將其同時應(yīng)用于鋰硫電池的正極和負極，有效地提升了正極對多硫化物的吸附催化轉(zhuǎn)化能力，并顯著地抑制負極的鋰枝晶生長。此外，該電池在700圈長循環(huán)的條件下容量衰減率僅0.015%；在高電流密度的條件下，仍然具有989mAh/g的比容量。這種中空碳殼納米反應(yīng)器的設(shè)計策略，為基于轉(zhuǎn)化反應(yīng)的鋰硫電池等高能密度能源器件的設(shè)計提供參考。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）上。上述工作得到國家重點研發(fā)計劃、中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院等項目的資助。
