锂-硫电池作为下一代储能系统之一，具有高能量密度和低廉价格等优势。然而，多硫化锂的溶解所引起的穿梭效应和充电放电过程中缓慢的氧化还原反应动力学过程显著降低了锂-硫电池的循环寿命和硫的利用率，进而限制了其在商业中的规模应用。进行有效的构建促进多硫化物转化的功能电极材料是目前锂-硫电池储能系统的研究热点。我校材料学院李桂村教授、张忠华副教授等团队成员在锂-硫电池正极材料研究领域取得新进展，该成果以青岛科技大学为唯一通讯单位，以In situ engineered ZnS-FeS heterostructures in N-doped carbon nanocages accelerating polysulfide redox kinetics for lithium sulfur batteries为题，发表在著名国际期刊《Journal of Materials Chemistry A》(2020, 8, 433-442，IF=10.733)上，第一作者为材料学院研究生李文达。
论文提出了设计纳米空心结构结合构建具有大的能带差异的异质结构来协同提升锂-硫电池的电化学性质。研究表明，原位形成的ZnS-FeS异质结构不仅可以固定可溶性多硫化物，也可以促进其快速转化，进而在抑制多硫化物穿梭效应的同时促进了其氧化还原动力学过程。理论计算和动力学分析进一步揭示了ZnS-FeS 异质结构拥有优异的电子/离子传导能力并能“化学锚定”多硫化物，显著提升了硫的利用率。非原位阻抗等测试详细揭示了异质结构显著提升了界面处多硫化锂的液-固-液转化动力学。在 0.2C的电流密度下和 3.34mg cm−2的高硫负载下，S@ZnS-FeS/NC复合电极在循环200次后仍展现出3.57mAh cm−2的高放电面容量。本工作所提出的策略对于锂硫电池的应用有一定的启发作用，为锂-硫电池的正极材料设计提供了方案。
本课题研究得到了国家自然科学基金和山东省自然科学基金等项目的资助。
