缓慢的氧化还原动力学、穿梭效应、导电性差、硫体积变化大等严重限制了锂硫电池的实际应用。

近日，美国得克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授，大连理工大学贺高红教授，李祥村副教授报道了通过粉碎嵌入在聚丙烯腈（PAN）纤维中的Fe2O3，成功制备了一种具有多重多硫化物锚定和催化转化活性的中空、多孔和项链状的Fe₃C/N共掺的碳纳米盒（Fe₃C/NC）。

文章要点

1）实验结果和第一性原理密度泛函理论（DFT）研究表明，Fe₃C/NC纳米盒中均匀分布的Fe₃C和N单元可以显著抑制多硫化物（LiPSs）的穿梭效应。得益于纳米纤维中电子的快速传递，促进了锂离子在多孔纳米盒壳中的扩散，因此LiPSs在放电过程中被有效催化转化为Li₂S。此外，纳米盒的结构特征(“纤维中的盒子”)实现了具有高硫负载量的LiPSs的转化和对S体积变化的耐受性，从而实现了对氧化还原反应的协同催化作用。

2）实验结果显示，基于Fe₃C/NC 的锂硫电池在1 C下循环240次后的容量达到了645 mAh g⁻¹，在5 mg cm⁻²的高硫负载量下，0.2 C下循环100次后的容量到达了712mAh g⁻¹，，面容量提高到3.6 mAh cm⁻²。

这种简便的电极材料制备和电极结构设计方法极大的促进了锂硫电池的商业化进程。

参考文献

Changyu Zhou, et al, Pulverizing Fe₂O₃ Nanoparticles for Developing Fe3C/N-Codoped Carbon Nanoboxes with Multiple Polysulfide Anchoring and Converting Activity in Li-S Batteries, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202011249

https://doi.org/10.1002/adfm.202011249