Nyligen, forskargrupper ledda av Prof. Liu Jian och Prof. Wu Zhongshuai från Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid den kinesiska vetenskapsakademin har utvecklat Fe _1-x S-dekorerade mesoporösa kolsfärer som nanoreaktor för en litium-svavelbatterikatod. Nanoreaktorn visade utmärkt polysulfidkatalytisk aktivitet och cyklisk stabilitet. Studien publicerades i Avancerade energimaterial den 16 april.

Litium-svavelbatterier har en hög teoretisk energitäthet på 2600 Wh kg ^-1 och teoretisk kapacitet på 1675 mAh g ^-1 . Dock, den långsamma omvandlingsreaktionsdynamiken för svavel under laddning och urladdning leder till lågt utnyttjande av svavel och en allvarlig skytteleffekt. Detta minskar ytterligare kapaciteten och stabiliteten hos litium-svavelbatterier.

Därför, ett rimligt utformat elektrokatalytiskt system skulle åstadkomma en stadig och effektiv katalytisk omvandling av polysulfid under hög svavelbelastning, vilket resulterar i hög cyklisk stabilitet. I den aktuella studien, forskarna designade en mesoporös nanoreaktor av kol dekorerad med starkt spridd Fe _1-x S elektrokatalysator nanopartiklar (Fe _1-x S-NC), och applicerade den som en litium-svavelbatterikatod för hög katalytisk aktivitet och hög svavelbelastning.

Nanoreaktorn har låg massdensitet, hög porositet, och en starkt dispergerad elektrokatalysator, vilket avsevärt förbättrar adsorptionen och katalytisk omvandlingskapacitet för polysulfider. Forskarna fann att det praktiskt taget inte fanns någon försämring i Fe-kapaciteten _1-x S-NC från ett initialt värde på 1070 mAh g ^-1 efter 200 cykler och under en strömtäthet på 0,5 C.

"Nanoreaktordesignstrategin ger ett nytt protokoll för att bygga uppladdningsbara batterier med hög kapacitet och lång cykel, ", sa Prof. Liu. "Det kommer också att öppna en väg för design av säkrare Li-metallbatterier med hög energidensitet."