鋰離子電池被廣泛應用於我們日常生活領域. 隨著便攜電子設備以及電動汽車等新興電子產品對高容量儲能裝置的迫切需求, 傳統鋰離子電池已經遠不能滿足我們對能量存儲的需求. 鋰硫電池由於高的理論比容量和能量密度, 以及硫的低成本和環境友好等優勢被視為最有應用前景的高容量存儲體系之一. 然而, 鋰硫電池的商業化應用仍存在一些技術挑戰, 如硫和固態放電產物的絕緣性, 可溶性多硫化物的穿梭效應以及充放電期間硫體積大小的變化等. 這些問題通常導致硫的利用率低, 迴圈壽命差, 甚至一系列安全問題. 如何在大幅提高鋰硫電池能量密度的同時增加其穩定性, 已成為當前研究的熱點之一.
在國家自然科學基金和中國科學院戰略性先導科技專項的資助下, 中科院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室研究員王瑞虎課題組肖助兵等通過簡單的水熱反應合成了負載硫化釩的還原氧化石墨烯 (rGO-VS2) 的層狀材料, 並製備了一系列rGO-VS2片層與硫單質層交替緊密堆積形成的三明治結構rGO-VS2/S正極材料. rGO-VS2片層與活性硫層交替形成的三明治結構可以通過三維方向上的彈性收縮膨脹承受充放電迴圈過程中活性材料的體積變化. 同時, 由於硫化釩具有高的極性, 導電性和電催化活性, 少量硫化釩負載在石墨烯片上即可有效地抑制多硫化物的穿梭效應, 促進整個硫單質層的氧化還原反應, 從而提升硫活性物質的利用率和迴圈穩定性. 負載89 wt% 硫的rGO-VS2/S具有1.84 g cm-3的高振實密度, 在0.1 C放電條件下其體積比容量達到了1182.1 mA h cm-3, 迴圈100圈仍能保持在1050 mA h cm-3. 該研究表明在可伸縮的三明治結構中引入高導電性和強多硫化物吸附能力的電催化組分可以得到具有優越性能的鋰硫電池正極材料, 這為開髮長壽命, 高能量密度鋰硫電池提供了新思路. 該研究成果以封面文章的形式發表在《先進能源材料》 (Advanced Energy Materials) 上, 並被MaterialsViewsChina推廣介紹. 論文第一作者為博士研究生程志斌.
