鋰硫電池能量密度超高(2600kW/kg)、在可再生能源存儲、電/混合動力汽車等領域具有低成本、環(huán)境友好等特點。然而，鋰硫電池的實際應用仍然極大地局限于正極硫，主要包括硫及其放電產品的絕緣、巨大的體積膨脹、多硫化物的穿梭效應和多硫化物轉化動力學緩慢。極性電催化材料的結構和使用不僅能有效調節(jié)多硫化鋰的吸附，還能催化其復雜的多相轉化過程，提高電池的可逆容量、倍率和循環(huán)性能。單原子催化劑材料中，單原子催化劑（SACs）原子利用率高，活性位點豐富，電子結構獨特，引起了廣泛關注。但是，目前的報道SACs通常只有較低的金屬含量 (<5 wt%)，不能充分發(fā)揮SACs鋰硫電池的催化作用。此外，SACs目前尚未報道鋰硫電池放電產物硫化鋰沉積的影響。

近日，華中科技大學武漢光電國家研究中心孫永明研究小組與周軍研究小組合作制備了一種高金屬鈷單原子含量 (15.3 wt%) 鈷/氮/碳單復合材料（CoSA-N-C），實現(xiàn)了對Li-S硫化鋰在電池中的轉化和沉積調節(jié)。理論和實驗結果顯示出大量的理論和實驗結果Co-N4配置結構的存在可以有效地促進多硫化鋰的吸附和催化，加速其氧化還原動力學過程，有效地抑制多硫化鋰的穿梭效果。同時這種CoSA-N-C硫化鋰納米顆粒沉積均勻，大大提高了硫的利用率。因此，硫負荷為4.9 mg cm-2下，這種CoSA-N-C@S正極在0.2 C下循環(huán)120圈后仍保持4圈.24 mAh cm-容量保持率為91.8%的高面積容量。

圖 鈷/氮/碳單復合材料調節(jié)(多)硫化鋰轉化沉積示意圖及其電池循環(huán)性能。

本工作提出的單原子催化劑調節(jié)(多)硫化鋰轉化沉積戰(zhàn)略是為了促進高比能Li-S電池電極的設計提供了新的思路。相關研究成果Fast Conversion and Controlled Deposition of Lithium (Poly)sulfides in Lithium-Sulfur Batteries Using High-Loading Cobalt Single Atoms 能源領域頂級期刊Energy Storage Materials 上。

來源：武漢光電國家研究中心：