用鋰硫電池點燃LED燈 大連化物所供圖

　　鋰硫電池是以硫元素為電池正極，鋰為負極的一種鋰電池，具有價格低廉、環境友好、理論能量密度高等特點，被視為高比能電池中最具潛力的鋰離子電池技術之一。作為鋰硫電池的關鍵組成部分，電極材料的設計和制備對電池整體性能提升意義重大。

　　近日，中科院大連化學物理研究所研究員吳忠帥團隊，設計并制備出一種氮化鈮—氧化鈮異質結構納米片，可同時作為鋰硫電池的正極與負極載體，有效地抑制了多硫化物的穿梭效應和金屬鋰負極枝晶的生長。應用該異質結構的鋰硫電池在貧電解液、低負正極容量比、高硫載量條件下，展示出優異電化學性能。相關研究成果發表在《先進功能材料》上。

　　目前，鋰硫電池的實際應用仍受到硫正極的多硫化物穿梭、氧化還原反應動力學慢、負極鋰枝晶生長等問題的限制。此外，鋰硫電池中正極硫載量低和電解液用量大，以及負極金屬鋰過量的問題，會降低鋰硫電池的實際能量密度。

　　“多硫化物的穿梭效應和負極鋰枝晶生長導致電池容量的快速衰減，嚴重阻礙了鋰硫電池的商業化進程。”吳忠帥告訴《中國科學報》，設計一種對多硫化物具有高吸附能力、高催化活性以及優越親鋰性能的載體材料，能夠實現鋰硫電池在高硫載量、貧電解液和低鋰負極用量下高效穩定的循環，是突破鋰硫電池應用瓶頸的有效方法。

　　為此，研究團隊制備出一種鈮基異質結構納米片。該異質結構結合了氧化鈮對多硫化物的強吸附能力和氮化鈮對多硫化物的高催化活性，同時具有優異的親鋰表面。團隊將其應用于鋰硫電池的正極和負極載體，有效地提高了對多硫化物的吸附催化轉化能力，并可以抑制鋰枝晶的生長。

　　此外，基于該材料的正負兩極匹配得到的鋰硫電池，在高硫負載量、低負正極容量比、電解液體積/硫質量比較低的條件下，實現了較高的面積容量和長循環性能。這種異質結構的設計策略，為實現面向實用化需求的高性能鋰硫電池電極設計提供了新的思路，有望應用在無人機、電動車和軍用便攜式電源領域。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202102314