鋰硫電池被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的下一代電池體系，并成為高比能儲(chǔ)能器件領(lǐng)域的前沿研究熱點(diǎn)。但由于硫的電導(dǎo)率低、充放電中間產(chǎn)物多硫化物易溶于電解液，充放電時(shí)體積變化較大，鋰硫電池正極面臨著活性物質(zhì)利用率低、循環(huán)穩(wěn)定性差、庫(kù)侖效率低等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

最近，我院2017級(jí)碩士研究生余志升等受課題組前期在分級(jí)多孔碳納米片、花型碳納米球設(shè)計(jì)合成及在鋰硫電池應(yīng)用基礎(chǔ)研究工作(Adv. Energy Mater.2014, 4, 1301988、J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 6245)的啟發(fā)，創(chuàng)新提出一種中空碳球內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)控策略，設(shè)計(jì)合成了具有徑向向內(nèi)對(duì)齊的倒刺結(jié)構(gòu)中空氮摻雜碳小球，作為硫主體表現(xiàn)出高的容量和出色的循環(huán)穩(wěn)定性。通過(guò)碳球內(nèi)部硫分布表征、鋰離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定、多硫離子吸附試驗(yàn)、循環(huán)前后硫正極結(jié)構(gòu)變化、循環(huán)后鋰負(fù)極枝晶形成剖析，揭示其固硫機(jī)制，闡明性能提升原因?yàn)樘记騼?nèi)部碳刺可有效分散絕緣硫和硫化鋰、刺刺之間空隙和空心結(jié)構(gòu)有效緩沖硫體積變化造成應(yīng)變、氮原子摻雜碳層高效抑制多硫離子流失。此外，該新型結(jié)構(gòu)的碳球有望拓展到其它儲(chǔ)能體系如鈉磷、鉀磷、硅基電池中應(yīng)用。相關(guān)結(jié)果于近期發(fā)表在A(yíng)ngew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 6406. (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201914972) 上。

第一作者余志升為化材學(xué)院2017級(jí)化學(xué)專(zhuān)業(yè)碩士研究生，研究方向?yàn)槲⒓{結(jié)構(gòu)材料物理化學(xué)，該工作在導(dǎo)師陳錫安副教授指導(dǎo)下完成。

圖新型結(jié)構(gòu)碳球合成過(guò)程、微觀(guān)結(jié)構(gòu)及在鋰硫電池中的應(yīng)用