【导言】

电动汽车、无人机、卫星和其他动力贮存范畴，在极点条件下完成正常作业。这得益于比传统锂离子充电机充电蓄电池高5倍的能量密度以及其较低的本钱。

近来，武汉理工大学麦立强教授和清华大学张强副教授（共同通讯作者）课题组在世界顶尖期刊Advanced Materials上联合宣布了题为”Nanostructured Metal Oxides and Sulfides for Lithium–Sulfur Batteries”的总述文章。该总述具体报导了最近纳米结构金属氧化物和硫化物用于增强硫使用率和充电机充电蓄电池寿数的文献，探讨了金属氧化物/硫化物主体资料的内部特性和电化学功用，以及以上资料在固态硫阴极、隔阂或隔层、锂金属阳极维护、锂聚硫化物充电机充电蓄电池的运用，最后作出了对充电机充电蓄电池未来开展的希望。

总述总览图

1.纳米结构氧化物

金属氧化物包含一个氧阴离子(O2-)，一般具有强极化外表。由于其氧和金属之间的强粘合效果，金属氧化物在大部分有机溶液中都不溶解。前期充电机充电蓄电池的非导电极性氧化物研讨中，一般润饰其纳米结构碳/硫氧化物阴极。因而，非导电氧化物的纳米结构是以增加剂的方式直接增加进去的(<10wt%)。与纳米碳资料比较，金属氧化物供给了足够的极化活性位点以此吸收聚硫化物。由于其本征缺点和共同的能带结构，一些金属氧化物甚至有良好的导电性，所以有些金属氧化物可用于充电机充电蓄电池的导电基底。

 充电机充电蓄电池的作业原理与根本电化学特征

a)根据嵌入反响(左)和变换反响(右)的锂离子充电机充电蓄电池；

b)不同状态下不同硫含量样品的理想充电机充电锂电池充放电曲线；

c)聚硫化物的溶解和络绎效应

1.1 TiO2

TiO2能够分为锐钛矿型(α-TiO2)、金红石型(β-TiO2)、板钛矿型(γ-TiO2)和青铜B型(Bronze B)，有0D、1D、2D、3D纳米结构，现已在油漆、防晒霜、光催化资料、光伏器材、传感器锂离子充电机充电蓄电池、生物医学器材等方面有着广泛使用。

TiO2在充电机充电蓄电池中的运用

聚硫化物在TiO2上的固定机制

根据缺点iO2在硫阴极中聚硫化物能有效地聚硫，Ti4O7以其亲硫性和金特点在充电机充电蓄电池中有多种功用用途。

Magnéli型TiO2在充电机充电蓄电池中的运用

聚硫化物模型固定在Magnéli型TiO2上

1.2 MnO2

棕色的MnO2是锰矿的首要来历，有α、β、γ、δ-MnO­2四种相。MnO­2现已被广泛使用于碱性充电机充电蓄电池和锌碳充电机充电蓄电池傍边。

MnO2在充电机充电蓄电池中的运用

1.3 纳米结构氧化物作为隔阂

挑选渗透性隔阂和隔层的引入，使得充电机充电蓄电池的贮存功用有了极大的提高。使用固体电解液能来阻挠聚硫化物，减少在锂阳极中的寄生效应。纳米结构的氧化物能够成为隔层或隔阂综的一部分，以推迟聚硫化物的络绎效应，并增强充电机充电蓄电池电化学功用。

纳米结构氧化物作为隔阂在充电机充电蓄电池中的运用

 氧化物在隔阂中的运用

2.硫化物作为充电机充电蓄电池阴极主体资料

金属硫化物在自然界中广泛存在。黄铁矿是金属二硫化物的最首要方式，其包含金属和离散的S22-单体组成的无限三维网络。金属硫化物以其强亲硫特性和低锂化电压，能够在充电机充电蓄电池的作业窗口中防止堆叠。与金属氧化物比较，有许多金属硫族化合物的金属或许半金属相。纳米结构金属硫化物也相同需求高导电性，因而许多种金属硫化物相同能用于充电机充电蓄电池傍边。

 纳米结构硫化物用于充电机充电蓄电池

3.氧化物和硫化物在相关锂硫系统中的运用

跟着固态硫阴极迎来蓬勃开展时期，呈现了许多根据多电子锂硫氧化复原对的新系统，例如:Li/PS充电机充电蓄电池、Li2S阴极基的充电机充电蓄电池。与传统充电机充电蓄电池比较，惯例的多孔隔阂不能阻挠可溶性聚硫化物进入两极，多功用的隔阂也更待开发运用。聚硫化物的络绎效应不能防止，可是能够减缓，这唆使我们在有机溶剂傍边直接运用可溶的聚硫化物。

锂阳极的研讨进展缓慢，短时刻内将充电机充电蓄电池使用是不现实的。锂化硫现已被用作阴极资料，它能够和其他老练的阳极技能(如纳米硅阳极)结合起来作业。

氧化物和硫化物使用于Li/PS充电机充电蓄电池。

4.充电机充电蓄电池极化基底合理规划的一般准则

金属氧化物和硫化物都是典型的极化基底，能有效地固定在充电机充电蓄电池中的聚硫化物。可是，不计其数种的金属氧化物和硫化物有着不同的纳米结构，以及锂硫系统中发作电化学变换过程的裸出面。因而，合理地规划氧/硫化物主体是有必要的。

充电机充电蓄电池极化基底的规划准则

【总结与展望】

一些影响充电机充电蓄电池资料性质和功用之间联系的要素能够归纳为：1) 聚硫化物的吸收能力；2) 本征资料或许复合物的导电性；3) 聚硫化锂(Li2Sx，x大于等于4小于等于8)和硫化锂/二硫化锂的催化能力；4) 决议外表积的纳米结构、3D形状和露出活性位点。纳米结构氧/硫化物都有作为复合电极来说所需的高硫使用率和长循环寿数。

可是，在很多可能合适的资猜中，挑选最佳的一种是巨大的应战。与传统实验和错误办法比较，新式表征办法能够加速这一进程和节省许多时刻和本钱。并且，需求建立理论办法，以此探究、猜测和辅导未来的充电机充电蓄电池的开展。从第一性原理的视点，主体资料和聚硫化锂、硫化锂或二硫化锂之间的捆绑能扮演着重要人物，费米能级邻近分波态密度是资料理论导电性的目标。

在充电机充电蓄电池的实践使用中，应当把多种要素作为一种全体解决方案来仔细考虑。除此以外，应当战胜这些先进资料的缺点，如低硫面积载量，大电解液体积/硫率，和低体积能量密度。可是用氧/硫化物增加剂构成高硫负载阴极仍好不容易。纳米结构工程或许导电碳复合可能是一个合理的解决办法，前者有时能够减缓体积改动。

聚硫化物溶解和随之的络绎效应与电解液高度相关。使用固体硫阴极的要害缺点，硫氧化复原流体充电机充电蓄电池由此研制出来。非溶液室温离子液体是一种折衷的办法，由于当Li+扩散系数太低时，离子液体能够按捺聚硫化物的溶解度。在未来，相关的阴极研讨应当重视不同主体资猜中(包含原始或掺杂的碳、导电聚合物和3D无机复合资料等)，可溶解聚硫化物和不行溶解的硫化物/二硫化物的变换机制。一些资料能够供给电催化效应来调理聚硫化物的氧化复原反响。人们希望在充电机充电蓄电池中的成果能辅导其他相关的范畴，如锂硒充电机充电蓄电池、锂/聚硫化物氧化复原等。