我室微纳米反应器与反应工程学研究组（05T7组）刘健研究员团队与二维材料与能源器件研究组（DNL21T3）吴忠帅研究员团队通过分子水平的设计，开发了一种Fe1-xS修饰的纳米反应器，并将其应用于锂硫电池正极，获得了优异的多硫化物催化活性和循环稳定性。
锂硫电池具有较高的理论能量密度（2600 Wh/kg）和理论比容量（1675 mAh/g），被认为是一种有广阔应用前景的高比能电池。但由于在充放电过程中硫的转化反应动力学慢，导致硫的利用率不高、穿梭效应严重等问题，使得锂硫电池的容量偏低，循环稳定性差，大大限制了锂硫电池的实际应用。因此，如何合理设计电催化体系，在高载硫的条件下，高效稳定地实现多硫化物的催化转化，提高锂硫电池的容量和寿命，是目前锂硫电池应用发展的瓶颈之一。
该研究团队从分子水平的设计角度出发，合理地设计出一种电催化剂Fe1-xS颗粒修饰的碳球纳米反应器，并将其应用于锂硫电池的正极，成功构建了高催化活性、高硫载量的硫正极复合材料。该纳米反应器质量密度低，孔隙率高，具有高度分散的电催化剂，显著提高了对多硫化物的吸附催化转化能力。在0.5 C的电流密度条件下，容量保持1070 mAh/g循环200圈几乎没有衰减。这种纳米反应器结构的设计策略为研究纳米空间中的离子迁移扩散，构建高容量、长循环寿命的金属硫电池提供了新的思路。
相关研究成果发表在《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上。上述工作得到了国家自然科学基金项目、中科院洁净能源创新研究院合作基金项目等的资助。（文/石浩东 图/Yash Boyjoo）
