當(dāng)前，高容量儲能裝置成為便攜電子設(shè)備以及電動汽車等新興電子產(chǎn)品的迫切需求。由于硫具有低成本和環(huán)境友好等優(yōu)勢，鋰硫電池(Li-S)擁有較高的理論比容量和能量密度，被視為最有應(yīng)用前景的高容量存儲體系之一。近期，中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王瑞虎課題組和溫州大學(xué)教授楊植合作，實(shí)現(xiàn)了大幅提高鋰硫電池穩(wěn)定性的同時(shí)，增加其大功率放電性能。

這項(xiàng)成果有效解決了鋰硫電池商業(yè)化應(yīng)用方面面臨的一些技術(shù)挑戰(zhàn)。如固體硫化物的絕緣性、可溶性長鏈多硫化物的穿梭效應(yīng)以及充放電期間硫的體積巨變，這些問題通常導(dǎo)致硫的利用率低、循環(huán)壽命差，甚至引起一系列安全問題。

該項(xiàng)研究將水蒸氣刻蝕的多孔NbS2和高導(dǎo)電碘摻雜石墨烯(IG)復(fù)合到三元混合硫正極系統(tǒng)中，合成了由IG包裹的三明治型正極材料。在這種特殊三明治結(jié)構(gòu)中，層狀NbS2的高極性和強(qiáng)的親和力促進(jìn)多硫化物的物理攔截和化學(xué)吸附，協(xié)同解決了多硫化物溶解和穿梭效應(yīng)的問題。NbS2的高電導(dǎo)率和孔隙率提高了界面電荷轉(zhuǎn)移和離子遷移，從而提高了鋰硫電池氧化還原反應(yīng)。IG包圍的夾層結(jié)構(gòu)不僅可以使硫物質(zhì)和層狀NbS2(或IG)之間發(fā)生緊密接觸，而且在充放電過程中能承受硫正極大的體積波動。由新技術(shù)組裝的鋰硫電池，在20-40C的高倍率下，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

該研究成果發(fā)表在ACS Nano上，研究工作得到了國家自然科學(xué)基金和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的資助。