Onlangs, onderzoeksgroepen onder leiding van Prof. Liu Jian en Prof. Wu Zhongshuai van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben Fe _1-x S-versierde mesoporeuze koolstofbollen als nanoreactor voor een lithium-zwavelbatterijkathode. De nanoreactor vertoonde uitstekende katalytische activiteit van polysulfide en cyclische stabiliteit. De studie is gepubliceerd in Geavanceerde energiematerialen op 16 april.

Lithium-zwavelbatterijen hebben een hoge theoretische energiedichtheid van 2600 Wh kg ^-1 en theoretische capaciteit van 1675 mAh g ^-1 . Echter, de langzame omzettingsreactiedynamiek van zwavel tijdens het laden en ontladen leidt tot een lage benuttingsgraad van zwavel en een ernstig shuttle-effect. Dit vermindert de capaciteit en stabiliteit van lithium-zwavelbatterijen verder.

Daarom, een redelijk ontworpen elektrokatalytisch systeem zou een stabiele en efficiënte katalytische transformatie van polysulfide onder hoge zwavelbelasting realiseren, wat resulteert in een hoge cyclische stabiliteit. In de huidige studie, de onderzoekers ontwierpen een mesoporeuze koolstofnanoreactor versierd met sterk verspreid Fe _1-x S elektrokatalysator nanodeeltjes (Fe _1-x S-NC), en toegepast als een lithium-zwavel batterij kathode voor hoge katalytische activiteit en hoge zwavelbelasting.

De nanoreactor heeft een lage massadichtheid, hoge porositeit, en een sterk gedispergeerde elektrokatalysator, wat de adsorptie- en katalytische omzettingscapaciteit van polysulfiden aanzienlijk verbetert. De onderzoekers ontdekten dat er vrijwel geen verval was in de capaciteit van Fe _1-x S-NC vanaf een initiële waarde van 1070 mAh g ^-1 na 200 cycli en onder een stroomdichtheid van 0,5 C.

"De ontwerpstrategie van nanoreactoren biedt een nieuw protocol voor het bouwen van oplaadbare batterijen met een hoge capaciteit en een lange levensduur, "zei Prof. Liu. "Het zal ook een weg openen voor het ontwerpen van veiligere Li-metaalbatterijen met een hoge energiedichtheid."