中國研究人員開發出一種新型催化劑，讓鋰硫電池在 600 次充放電循環後仍保留 93% 容量，此進展有望解決高能量電池化學商業化的主要障礙。由陝西師範大學孫潔教授領導的團隊表示，這種鈦鉻氮化物固溶體催化劑設計用以捕捉並快速轉化鋰多硫化物化合物。這些化合物被視為導致電池壽命縮短及效率降低的穿梭效應主因。新設計提升了電池內部的長期穩定性和反應速度。若能大規模應用，此技術可支援鋰硫電池未來用於電動車、航空系統及大型能源儲存。
鋰硫電池備受矚目，因其理論能量密度遠高於傳統鋰離子電池，且使用成本低且廣泛可得的硫材料。該化學體系提供 1675 mAh g-1 的理論比容量，以及高達 2600 Wh kg-1 的能量密度，遠超鋰離子電池，是下一代儲存系統的強力候選。
原子級調控技術
團隊透過電紡及高溫氮化製程，生產出柔性 CNFs@TCN 膜，並調整鈦鉻前驅物比例，在原子級持續調控催化劑電子結構。「此電池材料研究的創新核心，在於透過 TixCr1-xN 固溶體成分連續調整，實現材料電子結構的『精準調控』。」研究人員指出，這並非簡單混合，而是經工程設計的固溶相，以改善催化性能。過渡金屬氮化物因與多硫化物強烈化學交互及促進電子轉移而獲選，兩者對穩定鋰硫電池至關重要。
模擬及實驗顯示，鈦鉻原子比 1:2 時表現最佳，此配置提供比純 TiN 或 CrN 更強的多硫化物吸附及更快電荷轉移，平衡化學捕捉與電化學轉化，直接針對容量衰減及循環穩定性的根源。 在性能測試中，CNFs@TCN-1/2 電極在 2 C 下提供 801 mAh g-1 比容量，600 次循環後容量衰減率僅 0.012% 每循環。此結果顯示催化劑大幅抑制穿梭效應並支援穩定長循環運作，解決鋰硫電池两大挑戰。
研究亦證實反應動力學改善，有助維持重複充放電效率。「此工作證明，透過固溶體構建的原子級摻雜是調控過渡金屬氮化物催化性能的有效策略。」團隊認為，此方法可延伸至其他能源儲存轉換技術。研究刊載於《Nano Research》。
