近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)與有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料研究組研究員楊啟華團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)展出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(shí)用作鋰硫電池正極、負(fù)極的基體，提高對(duì)多硫化物的催化活性并抑制鋰負(fù)極枝晶的生長(zhǎng)，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(zhǎng)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(rèn)為是具有潛力的下一代高能量密度的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。但正極多硫化物的穿梭效應(yīng)、轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)緩慢、負(fù)極的鋰枝晶生長(zhǎng)等導(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，這限制了其商業(yè)化發(fā)展。因此，設(shè)計(jì)一種輕質(zhì)量、高導(dǎo)電、高催化活性、優(yōu)異親鋰位點(diǎn)、高機(jī)械強(qiáng)度的載體材料，同時(shí)能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。

該研究針對(duì)鋰硫電池存在的問(wèn)題和遭遇的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，結(jié)合吳忠?guī)泩F(tuán)隊(duì)在高性能鋰硫電池體系和楊啟華團(tuán)隊(duì)在高效納米反應(yīng)器催化體系的研究，發(fā)展出原子尺度的、單原子鋅修飾的中空碳?xì)ぜ{米反應(yīng)器。該反應(yīng)器具有較高的比表面積、多級(jí)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(shí)應(yīng)用于鋰硫電池的正極和負(fù)極，提升了正極對(duì)多硫化物的吸附催化轉(zhuǎn)化能力，抑制了負(fù)極的鋰枝晶生長(zhǎng)。該電池在700圈長(zhǎng)循環(huán)條件下，容量衰減率僅0.015%；在高電流密度條件下，仍有989mAh/g的比容量。此種中空碳?xì)ぜ{米反應(yīng)器的設(shè)計(jì)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(jì)提供參考。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials）上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院等的資助。

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