然而，許多障礙阻礙了Li-S電池的實際應(yīng)用。其中一個主要問題是多硫化物中間體從陰極擴散，導(dǎo)致活性物質(zhì)不可逆轉(zhuǎn)的損失和容量衰減。具有非極性表面作為陰極材料的納米碳不能提供足夠的結(jié)合和限制效應(yīng)以維持陰極內(nèi)的多硫化物。此外，由活性多硫化物和納米碳之間的弱組合引起的不良電化學(xué)接觸也阻礙了Li-S電池的快速和穩(wěn)定循環(huán)。

“異源復(fù)合物摻雜被認為是吸附和固定多硫化物中間體的有希望的途徑，”中國清華大學(xué)研究員張強教授說。“然而，由雜原子提供的錨定效應(yīng)的起源仍然不明確，這在很大程度上限制了多硫化物吸附的改善和陰極材料的合理設(shè)計?！?br/>
最近，Q。Zhang教授和清華大學(xué)的同事以及金屬研究所的B.Li教授報告了一系列摻雜納米碳材料捕獲多硫化物的能力的理論研究。它表明，通過形成“鋰鍵”（“H鍵”的類似物），使用N或O摻雜劑的化學(xué)改性顯著增強了碳主體和多硫化物客體之間的相互作用，從而有效地防止了多硫化物的穿梭。

“我們首次采用平行量子化學(xué)篩選工藝來選擇最有效的摻雜元素，以幫助限制多硫化物?！钡谝蛔髡哝谜钫f?！敖Y(jié)果表明納米碳材料中的N和O摻雜可以形成強偶極-偶極靜電相互作用，這首次被認為是摻雜納米碳和多硫化鋰之間的主要相互作用，而F，B，P，S和Cl摻雜劑不能形成它?！?br/>
其他研究人員報告的實驗工作符合這一預(yù)測結(jié)果。例如，N摻雜的石墨烯紙電極在100次循環(huán)后表現(xiàn)出大約1000mAhg-1的高比容量，并且對于陰極電解質(zhì)性Li-S電池具有98％的優(yōu)異庫侖效率。因此可以實現(xiàn)超過2000次循環(huán)的延長壽命和每循環(huán)0.028％的極低容量衰減率。

“為了實現(xiàn)對多硫化物的強耦合作用，我們根據(jù)我們的計算提出了一套合理設(shè)計Li-S電池中摻雜碳支架的規(guī)則，”侯說，“滿足這些條件，摻雜碳可以提供選擇孤對的強偶極子與多硫化物形成強烈的靜電偶極-偶極相互作用并增強相互作用。關(guān)鍵因素是摻雜原子的電負性。

為了闡明電負性的重要性，羌族及其同事提出了一種隱含的火山圖關(guān)系，它將摻雜原子的電負性與吸附能相關(guān)聯(lián)，以揭示強錨定效應(yīng)的形成。這種關(guān)系提供了對用于固定多硫化物的摻雜納米碳材料的篩選和合理設(shè)計的新理解。

“如果我們從規(guī)則和火山圖更進一步尋求突破超過單摻雜的最大限度，那么共摻雜的納米材料中，兩個或更多相互相鄰的摻雜劑協(xié)同增強偶極矩并提供均勻的對多硫化物更好的親和力。“強教授說。在不久的將來，他們將進一步研究共摻雜的協(xié)同效應(yīng)，并探索進一步增強陰極界面界面相互作用的可能性。