鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｉ铑I(lǐng)域。隨著便攜電子設(shè)備以及電動(dòng)汽車等新興電子產(chǎn)品對(duì)高容量儲(chǔ)能裝置的迫切需求，傳統(tǒng)鋰離子電池已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足我們對(duì)能量存儲(chǔ)的需求。鋰硫電池由于高的理論比容量和能量密度，以及硫的低成本和環(huán)境友好等優(yōu)勢被視為最有應(yīng)用前景的高容量存儲(chǔ)體系之一。然而，鋰硫電池的商業(yè)化應(yīng)用仍存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)，如硫和固態(tài)放電產(chǎn)物的絕緣性、可溶性多硫化物的穿梭效應(yīng)以及充放電期間硫體積大小的變化等。這些問題通常導(dǎo)致硫的利用率低、循環(huán)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(shí)增加其穩(wěn)定性，已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。

在國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的資助下，中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王瑞虎課題組肖助兵等通過簡單的水熱反應(yīng)合成了負(fù)載硫化釩的還原氧化石墨烯(rGO-VS2)的層狀材料，并制備了一系列rGO-VS2片層與硫單質(zhì)層交替緊密堆積形成的三明治結(jié)構(gòu)rGO-VS2/S正極材料。rGO-VS2片層與活性硫?qū)咏惶嫘纬傻娜髦谓Y(jié)構(gòu)可以通過三維方向上的彈性收縮膨脹承受充放電循環(huán)過程中活性材料的體積變化。

同時(shí)，由于硫化釩具有高的極性、導(dǎo)電性和電催化活性，少量硫化釩負(fù)載在石墨烯片上即可有效地抑制多硫化物的穿梭效應(yīng)，促進(jìn)整個(gè)硫單質(zhì)層的氧化還原反應(yīng)，從而提升硫活性物質(zhì)的利用率和循環(huán)穩(wěn)定性。負(fù)載89 wt% 硫的rGO-VS2/S具有1.84 g cm-3的高振實(shí)密度，在0.1 C放電條件下其體積比容量達(dá)到了1182.1 mA h cm-3，循環(huán)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(jié)構(gòu)中引入高導(dǎo)電性和強(qiáng)多硫化物吸附能力的電催化組分可以得到具有優(yōu)越性能的鋰硫電池正極材料，這為開發(fā)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(fā)表在《先進(jìn)能源材料》(Advanced Energy Materials)上，并被MaterialsViewsChina推廣介紹。