近来，中国科学院姑苏纳米技能与纳米仿生研讨所张跃钢课题组自主研制规划了原位扫描/透射电镜电化学芯片，完成了其对硫化锂(Li2S)电极充电进程的实时观测;在充沛了解Li2S充放电机理的基础上规划了高氮掺杂石墨烯负载硫化锂资料作为电池正极，并经过操控充电容量和电压，明显提升了
Li2S的容量使用率及循环寿数，相关效果宣布在Advanced Energy Materials杂志上。
跟着社会和科技的开展，人类对电化学储能技能的需求日益添加，新式储能体系——锂硫电池具有理论容量高、成本低、环境友好等长处，备受国内外研讨者的重视。而研制高容量锂硫电池正极资料，对推进新能源电动汽车、便携式电子设备等范畴的开展至关重要。
硫化锂(Li2S)资料理论容量高达1166 mA h g-1，是其它过渡金属氧化物和磷酸盐的数倍;其初次脱锂充电进程中所产生的体积缩短能给后续的嵌锂放电反响供给空间，维护了电极结构不受损坏;其可与非锂金属负极资料(比如硅、锡等)拼装电池，有用防止锂枝晶构成等问题所带来的安全隐患，是极具开展潜力的锂硫电池正极资料。但是，该资料电子/离子导电率低，反响中心产品多硫化物在电解液中的溶解引发络绎效应等问题，约束了其在锂硫电池中的实践使用。
研讨人员为进步锂硫电池的容量使用率和循环寿数，一般会将硫填充至具有高比外表积和高导电性的多孔资猜中(如：碳纳米管，多孔碳，石墨烯和碳纤维等)。张跃钢课题组在前期研讨工作中发现氧化石墨烯上引进氮掺杂官能团，不只可以有用削减多硫化物在电解液中的溶解，并且可优化多硫化物在堆积进程中的散布(Nano Letters，2014, 14, 4821−4827)。为了更好地改进Li2S的容量使用率以及循环寿数，该团队使用原位表征技能研讨了Li2S溶解和再堆积机理，从而提出将开始活化电池电压调控到3.8 V，然后经过操控电压(1.7~2.4 V)和充电容量可有用阻挠长链可溶性多硫化物的构成，该充放电调控办法让电极在充电进程中保留了一部分不可溶的Li2S作为种子，使得Li2S资料可以有用地活化和均匀地再堆积。此外，该研讨经过在氮化处理前的氧化石墨烯外表包覆葡萄糖，有用添加了石墨烯的折皱率和弯曲率，从而为多硫化物供给了更多的负载位点;反响进程中使用氨水和高温氨气热处理的办法使得氮掺杂量进步至12.2%;该高氮掺杂石墨烯资料不只具有高导电性，其外表氮官能团更能有用削减多硫化物的溶解，优化Li2S的均匀散布。使用该高氮掺杂石墨烯-Li2S复合正极资料所制备的锂硫电池在2000圈(1C)循环后其容量仍能坚持318 mA h g-1(按硫元素分量折算为457 mA h g-1)，3000圈(2C)循环后仍能坚持256 mA h g-1(按硫元素分量折算为368 mA h g-1)，是迄今为止所报导的最长循环寿数。
该研讨工作初次使用了新开发的原位扫描电镜和原位透射电镜芯片技能完成了对硫化锂电极充电进程的实时观测，并在研讨
Li2S充放电机理的基础上，开发新的电压-容量调控机制，规划了一种新式的高氮掺杂负载硫化锂的电极资料，为高能量的Li2S-C /Li电池的使用打开了宽广的使用远景。
该项研讨工作得到了国家自然科学基金重点项目、中国科学院千人方案人才专项的大力支持。
负载于单层石墨烯电极外表的Li2S资料在LiTFSI-DOL/DME电解液中活化进程的原位观测SEM图
