近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张跃钢课题组自主研发设计了原位扫描/透射电镜电化学芯片，实现了其对硫化锂（Li2S）电极充电过程的实时观测；在充分理解Li2S充放电机理的基础上设计了高氮掺杂石墨烯负载硫化锂材料作为电池正极，并通过控制充电容量和电压，显著提升了 Li2S的容量利用率及循环寿命，相关成果发表在Advanced Energy Materials杂志上。

随着社会和科技的发展，人类对电化学储能技术的需求日益增加，新兴储能系统——锂硫电池具有理论容量高、成本低、环境友好等优点，备受国内外研究者的关注。而研发高容量锂硫电池正极材料，对推动新能源电动汽车、便携式电子设备等领域的发展至关重要。

硫化锂（Li2S）材料理论容量高达1166 mA h g-1，是其它过渡金属氧化物和磷酸盐的数倍；其首次脱锂充电过程中所发生的体积收缩能给后续的嵌锂放电反应提供空间，保护了电极结构不受破坏；其可与非锂金属负极材料（诸如硅、锡等）组装电池，有效避免锂枝晶形成等问题所带来的安全隐患，是极具发展潜力的锂硫电池正极材料。然而，该材料电子／离子导电率低，反应中间产物多硫化物在电解液中的溶解引发穿梭效应等问题，限制了其在锂硫电池中的实际应用。

研究人员为提高锂硫电池的容量利用率和循环寿命，通常会将硫填充至具有高比表面积和高导电性的多孔材料中（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究工作中发现氧化石墨烯上引入氮掺杂官能团，不仅可以有效减少多硫化物在电解液中的溶解，而且可优化多硫化物在沉积过程中的分布（Nano Letters，2014, 14, 4821−4827）。为了更好地改善Li2S的容量利用率以及循环寿命，该团队利用原位表征技术研究了Li2S溶解和再沉积机理，进而提出将最初活化电池电压调控到3.8 V，然后通过控制电压（1.7~2.4 V）和充电容量可有效阻止长链可溶性多硫化物的形成，该充放电调控方法让电极在充电过程中保留了一部分不可溶的Li2S作为种子，使得Li2S材料能够有效地活化和均匀地再沉积。此外，该研究通过在氮化处理前的氧化石墨烯表面包覆葡萄糖，有效增加了石墨烯的折皱率和弯曲率，进而为多硫化物提供了更多的负载位点；反应过程中利用氨水和高温氨气热处理的方法使得氮掺杂量提高至12.2%；该高氮掺杂石墨烯材料不仅具有高导电性，其表面氮官能团更能有效减少多硫化物的溶解，优化Li2S的均匀分布。利用该高氮掺杂石墨烯－Li2S复合正极材料所制备的锂硫电池在2000圈（1C）循环后其容量仍能保持318 mA h g-1（按硫元素重量折算为457 mA h g-1），3000圈（2C）循环后仍能保持256 mA h g-1（按硫元素重量折算为368 mA h g-1），是迄今为止所报道的最长循环寿命。

该研究工作首次利用了新开发的原位扫描电镜和原位透射电镜芯片技术实现了对硫化锂电极充电过程的实时观测，并在研究 Li2S充放电机理的基础上，开发新的电压－容量调控机制，设计了一种新型的高氮掺杂负载硫化锂的电极材料，为高能量的Li2S-C /Li电池的应用打开了广阔的应用前景。

该项研究工作得到了国家自然科学基金重点项目、中国科学院千人计划人才专项的大力支持。

负载于单层石墨烯电极表面的Li2S材料在LiTFSI-DOL/DME电解液中活化过程的原位观测SEM图

应用领域
该产品广泛应用于通信、电力、储能、UPS、EPS等领域。我们常用的铅酸蓄电池主要分为三类；分别为普通天力蓄电池、干荷蓄电池和免维护蓄电池三种。
1普通蓄电池；普通蓄电池的极板是由铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液。它的主要优点是电压稳定、价格便宜；缺点是比能低（即每公斤蓄电池存储的电能）、阳光蓄电池使用寿命短和日常维护频繁。
2干荷蓄电池：它的全称是干式荷电铅酸蓄电池，它的主要特点是负极板有较高的储电能力，在完全干燥状态下，能在两年内保存所得到的电量，使用时，只需加入电解液，等过20—30分钟就可使用。
3免维护蓄电池：免维护蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。市场上的免维护天力蓄电池也有两种：第一种在购买时一次性加电解液以后使用中不需要维护（添加补充液）；另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死，用户根本就不能加补充液. 铅酸电池有2伏，4伏，6伏，8伏，12伏，24伏等系列，容量从200毫安时到3000安时。VRLA电池是基于AGM（吸液玻璃纤维板）技术和钙栅板的可充电电池，具有优越的大电流放电特性和超长的使用寿命。它在使用中不需加水。天力电池用途广泛，可用在电动工具，应急灯，UPS，电动轮椅，计算机和通讯设备等方面。