近日，东南大学能源与环境学院教授吴宇平“三尺储能”研究团队以“Heterostructures Regulating Lithium Polysulfides for Advanced Lithium-Sulfur Batteries”为题在国际权威期刊《Advanced Materials》上发表文章。吴宇平为本论文的通讯作者，青年教师汪涛副研究员为第一作者。
图1. 用于构建高性能锂硫电池的异质结构材料汇总
图2. 异质结构材料吸附催化加速多硫化物转化示意图及吸附催化性能对比图
锂硫电池由于其环境友好、成本低、理论比容量高（1675 mAh g-1）、理论能量密度高（2600 Wh kg-1）等优点，被认为是有潜力的下一代储能器件。然而，反应动力学差和多硫化物的穿梭效应严重阻碍了锂硫电池的实际应用。尤其是多硫化物转化中的“液-固”反应有一个很大的能垒。为了解决这些问题，近年来研究人员引入催化剂降低多硫化物反应的活化能，加快固态Li2S的转化，同时结合一些对多硫化物具有吸附作用的材料，因此在一定程度上能有效缓解穿梭效应（图1），提高硫的利用率，从而提高锂硫电池放电容量以及循环寿命。
异质结构是由具有不同物理性质的异质区域组成的一种新型材料。这些非均质区域之间的相互耦合能产生协同效应，综合性能远远超过材料的简单混合，从而具有传统均质材料所无法达到的物理和化学性能。在锂硫电池中，异质结构可以锚定多硫化物并催化加速多硫化物的转化，实现对多硫化物的“吸附-催化”协同作用。异质结构中具有吸附功能的材料可以通过适度的化学吸附固定多硫化物，抑制穿梭效应。异质结构界面处的快速电子传导可以加速多硫化物的转化，避免穿梭效应，最终达到良好的循环稳定性和高的放电容量。一般来说，异质结构对多硫化物具有较强的吸附能，并且对多硫化物转化具有较高的催化活性，因此具有较大的Li2S沉积容量，导致基于异质结构材料构建的锂硫电池通常表现出优异的电化学性能（图2）。
本论文详细分析了异质结构加速多硫化物转化和锚定多硫化物的基本原理，并系统综述了异质结构作为硫宿主、夹层和隔膜修饰材料在提高锂硫电池性能方面的应用。最后，展望了异质结构在锂硫电池未来研究和应用中需要解决的一些问题。本论文将推动异质结构材料在锂硫电池中的发展，同时为构建高性能的下一代高能量密度、长循环寿命的锂硫电池提供有效参考与指导。该论文得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省重点研发计划和东南大学高层次人才启动经费等项目的资助。
东南大学“三尺储能”研究团队主要研究方向包括锂/钠/钾离子电池、高能量密度锂金属电池和锂硫电池、高安全水系金属离子电池以及高功率密度混合电容器等。团队紧紧围绕高性能电化学储能材料及器件的研究，助力“碳达峰、碳中和”。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202303520
供稿：能源与环境学院