鋰硫（Li-S）電池由于高能量密度和低成本，在過去的二十年里引起了相當多的關注。然而，由于硫的差導電性、可溶性多硫化鋰（LiPSs）的穿梭效應以及硫的緩慢氧化還原動力學，尤其是在高硫負載下，嚴重阻礙了Li-S電池的廣泛應用。

深圳大學田冰冰、中國礦業大學（徐州）張金勇、南昌大學敖昕等開發了一種Ni-CeO₂異質結構摻雜碳納米纖維（Ni-CeO2-CNF）作為 S 主體。

圖1 S@Ni-CeO₂-CNF的合成示意圖以及在Li-S電池中的工作原理

實驗測試和理論計算表明，Ni-CeO₂異質結構結合了強吸附性、高催化活性和良好的導電性，在LiPSs的吸附和催化轉化之間取得了平衡，其中錨定在異質結構上的LiPSs可以直接從集流體中獲取電子，實現S₈和Li₂S之間的快速轉換。交聯的碳納米纖維還可以增強正極的導電性，并充當阻止LiPSs穿梭的第二道屏障。

圖2 主體基質和LiPSs之間的化學相互作用

因此，在存在Ni-CeO₂-CNF的情況下，S正極表現出優異的長期循環穩定性（在2 C下1000次循環中具有每循環0.046%的低衰減率）和高倍率性能（3 C，553.8 mAh g ^-1）。此外，當S負載量高達6 mg cm^-2時，即使在0.1 C下循環50次后，也可以獲得5.3 mAh cm^-2的高可逆面積容量。

該研究為適應LiPSs吸附和轉化的熱力學和動力學特性提供了一種有效的策略。考慮到高硫負載下的高可逆面積容量，這種Li-S電池在無人機、電動汽車、便攜式電子產品和醫療設備中顯示出巨大的應用潛力。

圖3 Li-S電池性能

Ni-CeO2 Heterostructures in Li-S Batteries: A Balancing Act between Adsorption and Catalytic Conversion of Polysulfide. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202105538