锂硫电池理论比能量可达2600 Wh/kg，是目前锂离子电池的3-5倍，被认为是最有前途的新一代电池。然而，锂硫电池仍存在着诸多亟待解决的问题，如循环寿命低、活性物质利用率低、硫正极材料及其放电产物导电性差等。
近日，化学工程联合国家重点实验室研究人员，在高性能锂硫电池的研究工作中取得重要进展，相关研究论文“Kinetically-Enhanced Polysulfide Redox Reactions by Nb2O5 Nanocrystal for High-Rate Lithium–Sulfur Battery”以全文形式发表在《能源环境科学》（Energy &Environmental Science, IF=25.4）（论文链接http://dx.doi.org/10.1039/C6EE01662F）上。
研究者采用液相浸渍法将具有电催化活性的Nb2O5纳米颗粒均匀负载到中孔炭微球骨架中，以此作为单质硫的载体，结合物理和化学吸附作用封装活性物质硫和中间聚硫化物，实现了硫正极性能的大幅全部。本工作利用电化学动力学研究证明，Nb2O5纳米晶体不仅与多硫化物阴离子之间存在强烈的化学吸附作用，而且可以作为电化学催化剂显著加快聚硫化物还原反应速率，减少多硫化物的“穿梭效应”。该硫正极表现出空前的倍率性能与优良的循环稳定性，在5C的电流下，放电容量达到887 mAh/g，循环500次后，容量维持在650mAh/g。该研究提供了一种电催化加快聚硫化物还原反应速率的新思路，为锂-硫电池正极材料的设计建议了理论指导。
本工作主要由硕士研究生陶颖卿等在龙东辉教授的指导下完成，并得到了beat365亚洲体育在线刘宇副教授在量化计算方面的支持。上述工作得到了973课题、国家自然科学基金以及中央高校基本科研业务费等有关项目的资助。