近日，物理电子工程学院罗永松教授团队在美国化学学会主办的《ACS Applied Energy Materials》期刊上发表题为“Tungsten Nitride/Carbon Cloth as Bifunctional Electrode for Effective Polysulfide Recycling”的研究论文，该研究成功在碳布上制备了氮化钨纳米阵列结构，并研究了其在锂硫电池中的应用。
本工作通过水热法在碳布上生长氮化钨纳米棒（WN/CC）作为独立的复合插入层，首次用于改善LSBs的电化学性能。在WN/CC插入层的一侧涂上活性材料硫得到双功能的电极。WN/CC插入层将物理屏障和化学吸附结合，极大地抑制了多硫化物的穿梭效应，促进了活性物质循环利用，减少了活性材料的不可逆损失，从而有效地改善了LSBs的电化学性能。此外，WN纳米棒和碳布都具有超高金属导电性，可以确保电极具有快速锂离子扩散和电子输运的能力。WN/CC电池在100 mA g-1和1000 mA g-1电流密度下的放电容量分别为1337 mAh g-1和738.1 mAh g-1。在100 mA g-1下500次循环后，其剩余容量为814.2 mAh g-1。这种性能的提高可以归因于WN纳米棒与导电碳布的协同效应，WN/CC双功能插入层可以有效的抑制多硫化物的穿梭。通过密度泛函理论（DFT）计算了WN（200）晶面与Li2Sx和S8的吸附能（3.21-4.67 eV），证明了WN在限制多硫化物迁移中发挥了重要作用。这种由WN/CC结构制成双功能插入层的概念可能会为设计其他类型的高性能电池电极材料提供新的思路。
该研究工作由信阳师范学院联合香港科技大学和洛阳师范学院合作完成。我校罗永松教授为通讯作者。我校青年教师陆阳和研究生王彦鸽、罗荣杰等共同完成。信阳师范学院为论文第一作者单位及通讯单位。该研究受到河南省微电能源重点实验室、国家自然科学基金委及中原千人计划-科技创新领军人才工程等项目资助。
