近日，电化学储能团队联合东北师范大学、吉林工程技术师范学院，在化学领域国际知名期刊《Chemistry–A European Journal》（JCR 2区）上发表了题为“Carbon Nanotubes Controllable Winding V2O3/Ni Heterostructure for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries”的研究论文。该研究通过精巧设计并构筑了碳纳米管缠绕的V2O3/Ni异质结构复合材料，作为高效的硫宿主，显著提升了锂硫电池的循环稳定性和倍率性能，为开发下一代高能量密度储能体系提供了新材料与新策略。
锂硫电池因其极高的理论比能量而备受关注，但其实际应用受限于多硫化物的“穿梭效应”以及缓慢的氧化还原反应动力学。本研究针对这一核心挑战，创新性地将一维碳纳米管（CNTs）与极性V2O3/Ni异质结构相结合。通过简便的水热-退火法，成功制备了V2O3/Ni异质结构纳米颗粒均匀锚定在碳纳米管缠绕形成的微球（V2O3/Ni-CNTs NSs）上的复合材料。
在该设计中，相互缠绕的碳纳米管构成了三维导电网络，不仅为离子/电子传输提供了高速通道，其优异的机械性能也有效缓冲了充放电过程中硫的体积膨胀。而均匀分布的V2O3/Ni异质结构则发挥了协同增强作用：极性V2O3可强效吸附多硫化物，抑制其扩散；异质界面处的内置电场与金属Ni的催化活性协同，显著降低了多硫化物转化反应的能垒，加速了反应动力学。得益于上述协同优势，基于V2O3/Ni-CNTs-S复合正极的锂硫电池表现出卓越的电化学性能。在1.0 C的电流密度下循环500次后，仍能保持717.2 mAh g⁻¹的可逆比容量，平均每圈容量衰减率低至0.062%。即便在5.0 mg cm⁻²的高硫载量下，于0.2 C循环100次后，比容量仍高达733 mAh g⁻¹。
本研究成功构建了一种兼具高效吸附与催化功能的硫宿主材料，通过碳纳米管与异质结构的协同设计，有效解决了锂硫电池的关键难题。该工作为开发高性能、长寿命的锂硫电池电极材料提供了新思路。
论文链接：https://doi.org/10.1002/chem.70962
