一种用于具有双末端结合位点的大孔宿主设计策略的一体化解决方案。

由Chang Ying Chan工程与环境教授、机械与航空航天工程讲座教授、香港科技大学能源研究所所长赵天寿教授领导的团队提出了一种新的锂硫（Li–S）电池阴极设计概念，大大提高了这种有前途的下一代电池的性能。

锂离子电池被认为是锂离子电池的有吸引力的替代品，锂离子电池通常用于智能手机、电动汽车和无人机。它们以其高能量密度而闻名，而它们的主要成分硫含量丰富、重量轻、价格便宜且对环境无害。

Li–S电池可能提供超过500 Wh/kg的能量密度，明显优于达到300 Wh/kg极限的Li离子电池。更高的能量密度意味着，如果使用锂离子电池供电，由锂离子电池驱动的电动汽车的约400公里续航里程可以大幅延长至600-800公里。

尽管世界各地的研究人员在锂硫电池方面取得了令人兴奋的成果，但在实验室研究和工业规模的技术商业化之间仍存在巨大差距。一个关键问题是锂硫电池的多硫化物穿梭效应，它会导致活性材料从阴极逐渐泄漏和锂腐蚀，从而导致电池的生命周期短。其他挑战包括减少电池中的电解质量，同时保持稳定的电池性能。

为了解决这些问题，赵教授的团队与国际研究人员合作，提出了一种阴极设计概念，可以实现良好的锂硫电池性能。

高度定向的大孔宿主可以均匀地容纳硫，而宿主内部嵌入了丰富的活性位点，以紧密地吸收多硫化物，消除了穿梭效应和锂金属腐蚀。通过提出锂硫电池硫阴极的设计原理，联合团队提高了电池的能量密度，并朝着电池的工业化迈出了一大步。

赵教授说：“我们仍处于该领域的基础研究阶段。”。“然而，我们新颖的电极设计理念和相关的性能突破，代表着下一代电池的实际使用迈出了一大步，该电池比当今的锂离子电池更强大、更持久。”

他们的研究成果最近发表在《自然·纳米技术》杂志上。

参考文献：“通过具有双端结合位点的大孔催化阴极的高能长循环锂硫袋电池”，作者：Chen Zhao、Gui Liang Xu、Zhou Yu、Leicheng Zhang、Inhui Hwang、Yu Xue Mo、Yuxun Ren、Lei Cheng、Cheng Jun Sun、Yang Ren、Xiaobing Zuo、Jun Tao Li、Shi Gang Sun、Khalil Amine和Tianshou Zhao，2020年12月3日，《自然纳米技术》。

DOI:10.1038/s41565-020-00829-5

科大团队成员包括赵教授及其现任博士生赵晨、张雷成和前博士生任玉勋（2019届毕业生）。其他合作者包括来自美国阿贡国家实验室和斯坦福大学、中国大陆厦门大学和沙特阿拉伯伊玛目阿卜杜勒拉赫曼·本·费萨尔大学的研究人员。