锂硫（Li–S）电池是下一代储能技术的优先选择，但多硫化锂的穿梭效应，缓慢的氧化还原动力学以及不可控制的枝晶生长严重阻碍了其商业可行性。

近日，中科院大连化物所吴忠帅研究员，杨启华研究员报道了将分散良好的单原子锌修饰空心碳球（Zn₁-HNC）作为双功能纳米反应器，用于多硫化物抑制的硫正极（Zn₁-HNC-S）和无枝晶的锂负极（Zn₁-HNC-Li ）以实现具有快速氧化还原动力学的高容量，高倍率和长循环锂电池。

文章要点

1）Zn₁-HNC呈均匀的中空结构（≈300 nm），碳壳中碳、氮、锌元素分布均匀。XRD表明Zn₁-HNC中没有Zn或ZnO的聚集体。像差校正的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)图像显示，单个Zn原子均匀分散在Zn1-HNC的碳壳层中，因此成功地在Zn₁-HNC中构建了原子分散的单原子电催化剂。

2）得益于其出色的电导率，高表面积（370 m² g^-1），高效的活性位点和保护性碳壳，所得纳米反应器具有极强的物理封闭性，化学锚定性和对多硫化物的出色电催化性能。同时，具有优异的亲硫能力的纳米反应器实现了均匀且无枝晶的锂沉积。

3）结果显示，组装好的全电池（Zn₁-HNC-S ||| Zn₁-HNC-Li）具有出色的电化学性能，包括长循环稳定性，在700次循环中每循环仅有0.015％的超低容量衰减率，以及出色的倍率性能（10 C，989 mAh g^-1）。此外，在低E/S比（6.4 µL mg⁻¹）下，获得了8.7 mAh cm⁻²的高面积容量和7.8 mg cm⁻²的高S负载量。

这项工作为推动锂硫电池的实际应用提供了重要的结构和表面催化化学规律。

Haodong Shi, et al, Dual-Functional Atomic Zinc Decorated Hollow Carbon Nanoreactors for Kinetically Accelerated Polysulfides Conversion and Dendrite Free Lithium Sulfur Batteries, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202002271

https://doi.org/10.1002/aenm.202002271