多硫化物的穿梭效应和Li2S缓慢成核是阻碍锂−硫（Li-S）电池进一步发展的主要问题。合理设计具有催化功能的硫载体材料是促进多硫化物转化的有效策略。与其他类型的过渡金属化合物相比，具有高导电性和催化能力的过渡金属硼化物更适合作为硫载体材料。
基于此，山东大学徐立强教授采用基于低温固相合成的一次法制备了NbB2纳米粒子，并将其作为硫载体，缓解了“穿梭效应”，促进了多硫化物的转化。
文章要点
1）研究人员揭示了NbB2促进多硫化物转化和Li2S三维成核的机理。首先，与其他铌基化合物相比，NbB2纳米粒子具有较高的导电性和丰富的催化中心，可以有效地促进多硫化物的电化学转化。第二，NbB2纳米颗粒可以增加多硫氧化还原催化中心的暴露，从而减少电解液的使用，提高实际应用的可行性。第三，B原子和Nb原子都能有效吸附多硫化物，增强多硫化物的锚定功能。
2）原位X射线衍射(XRD)测试揭示了转化反应的原理，验证了NbB2能有效地促进多硫化物转化，促进Li2S形核。此外，涉及多硫化物吸附能、吉布斯自由能、电荷差和态密度的第一性原理计算进一步揭示了NbB2的强极性和促进多硫化物转化的机理。
3）利用这些优点，所制得的电极在0.2 C循环100次后的容量为1014 mAh g−1，初始容量为703/609mAh g−1，在5/10C下可稳定运行1000次/1300次以上。考虑到电极的厚度限制和硫负载量大于6 mg cm−2以满足实际应用的要求，有必要从正极导电网络设计、多硫化物约束、吸附和催化等方面对电极结构进行优化。结果显示，NbB2满足上述要求，其初始面积容量可达17 mAh cm−2，在硫负载量为16.5 mAh cm−2的条件下，在0.1 C下循环40次，面积容量可保持在10 mAh cm−2以上。
本工作为提高多硫化物转化动力学和调节Li2S三维成核提供了一种简便易行的策略，为进一步应用于高能量密度锂−硫电池提供了依据。
参考文献
Bin Wang, et al, Niobium Diboride Nanoparticles Accelerating Polysulfide Conversion and Directing Li2S Nucleation Enabled High Areal Capacity Lithium−Sulfur Batteries, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c01179
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01179
