我校朱俊武、付永胜老师与美国阿贡国家实验室合作，在抑制锂硫电池穿梭效应方面取得新的研究进展，相关研究成果以“Switchable encapsulation of polysulfides in thetransition between sulfur and lithium sulfide”为题，于近日发表在国际顶级综合性期刊《Nature Communications》上，我校为该项工作第一完成单位和通讯单位，付永胜老师、博士生吴震、阿贡实验室袁一斐博士为论文共同第一作者，朱俊武老师和陆俊研究员为共同通讯作者，该工作得到汪信老师和理学院阚二军老师的指导，文章链接为：DOI :10.1038/s41467-020-14686-2。
随着电子设备和电动汽车的快速发展，人类对于*****电池的需求日益增加。由于锂硫电池具有高理论比容量、*****、环境友好和低成本等优点，已经成为最具潜力的新一代储能器件，然而多硫化物的“穿梭效应”严重影响了锂硫电池的循环寿命，进而阻碍了其进一步商业化应用。
目前大部分抑制多硫化物“穿梭效应”的研究主要集中在锂硫电池载硫材料的制备。载硫材料大致可以分为两类：一类是基于物理束缚作用的非极性碳基材料，另一类是基于化学吸附作用的极性杂原子掺杂碳材料和金属化合物，但是这两类电极材料都存在制备工艺复杂和载硫量过低等问题，同时充放电过程中存在严重的体积变化而导致的不可恢复的结构破损难题。在电极/电解液界面构建一个可恢复的保护层是解决上述问题的有效方法之一，因此如何在抑制多硫化物“穿梭效应”的同时实现界面保护层的可恢复性是值得探究的课题。
图 1氮掺杂碳量子点作为多硫化锂凝结因子作用机制
该工作受凝血与溶栓机制启发，巧妙地将氮掺杂碳量子点(N-CDs) 作为添加剂加入电解液中，作为多硫化锂凝结因子能够使得溶出的多硫化物快速凝结，原位形成可恢复性保护层。放电过程中生成的多硫化物与电解液中的N-CDs相互作用，在硫正极表面形成多硫化物/N-CDs凝结层，从而阻止了后续多硫化物的溶解和扩散，固化了硫正极。尽管硫正极在放电过程中可能会破坏最初的凝结层，导致多硫化物扩散，但是高度分散的N-CDs可以快速捕捉溶出的多硫化物并且修复这个缺口。在完全放电时，多硫化物/N-CDs凝结层中的多硫化物被原位还原为Li2S，此时N-CDs作为成核位点进一步促进硫化锂晶体生长，凝结层暂时消失。在充电过程中，凝结层的演变是完全可逆的。放电/充电过程类似于血管内血栓的形成和血栓的溶解，其中N-CDs充当活化的血小板，多硫化物/N-CDs凝结层可在硫正极表面反复产生和溶解，有效地固化了多硫化物，抑制了“穿梭效应”，提高了电化学性能。电化学测试表明，电池在0.5C下仍具有891 mAh g-1的可逆容量，库伦效率为99.5%，同时获得了高达6.0 mAh cm−2的面容量。该工作为发展具有*****和长循环寿命的锂硫电池提供了切实可行的策略，而且受凝血机制启发提出的多硫化物凝结因子概念也可以应用于其他电化学领域。
该工作得到了江苏省杰出青年基金和国家自然科学基金项目的支持。
