近日，華東理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在高能量密度鋰硫電池催化劑的設(shè)計(jì)方面取得新進(jìn)展。

鋰硫電池以其超高的理論容量和能量密度被認(rèn)為是下一代高能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。然而，在商業(yè)化過程中它們?nèi)匀淮嬖谥枰朔闹卮蠹夹g(shù)障礙，其中最具挑戰(zhàn)性的問題在于，硫和硫化鋰的低電導(dǎo)率會(huì)引起緩慢氧化還原反應(yīng)，導(dǎo)致實(shí)際容量不足和循環(huán)穩(wěn)定性差。此外，鋰多硫化物在電解液中的溶解導(dǎo)致有害的“穿梭效應(yīng)”和電極體積膨脹，嚴(yán)重影響電化學(xué)循環(huán)性能。

對(duì)此，研究人員受拼圖游戲啟發(fā)并開發(fā)了一種催化劑設(shè)計(jì)策略，制備了一種由共格納米異質(zhì)晶體群組成的高活性表面催化劑。研究人員通過原位連貫晶界連接，組裝了大量的納米異質(zhì)晶體表面，形成了固有穩(wěn)定的納米晶體網(wǎng)絡(luò)。這增強(qiáng)了電子的去局域化，穩(wěn)定了高活性晶體表面，并促進(jìn)了催化劑的整體表面活性。連貫的納米異質(zhì)晶體群完全貫穿整個(gè)基質(zhì)，在活性位點(diǎn)的暴露和活性物種的遷移優(yōu)化方面發(fā)揮了作用。

結(jié)果顯示，該催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，基于NbN-NbC的鋰硫電池展示出顯著的放電容量和優(yōu)秀的耐久性。使用先進(jìn)的隔膜改性材料有助于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)顯著的面積容量，并且當(dāng)集成到可折疊/可彎曲的鋰硫袋式電池中時(shí)，突顯了高性能和實(shí)用鋰硫電池的發(fā)展前景。該項(xiàng)研究為高能量密度儲(chǔ)能系統(tǒng)提供了重要前景，豐富了電催化劑的設(shè)計(jì)視角。