生物型テンプレートを用いた単原子Fe–N2媒介による強化された双方向硫黄レドックスは、耐久性のあるLi–S電池を約束します

リチウム硫黄（Li-S）電池は、高エネルギーと低コストにより、次世代の電気化学的エネルギー貯蔵システムの有望な候補と見なされています。しかし、その開発は厳しい多硫化物シャトルと遅い反応速度によって悩まされています。単原子触媒（SAC）が硫黄のレドックス化学を加速するための有望な解決策として浮上していますが、平凡な単原子ロード、劣悪な原子利用率、および捉えにくい触媒経路がその実用的な応用を妨げています。これらの懸念に対処するため、本研究では、バイオテンプレート合成を用いて3D階層C3N4アーキテクチャ上に高ロード容量（≈6.32 wt%）を持つ不飽和Fe単原子を構築しました。電気動力学的分析と理論計算により、3DFeSA-CNが双方向の硫黄レドックスを促進するための強力な電気触媒活性を備えていることが明らかになりました。その結果、S@3DFeSA-CNは、1.0 Cで2000サイクルにわたり、サイクルあたりの容量減衰率が0.031%というわずかな可逆的なサイクル性能を維持できます。さらに有望なことに、硫黄負荷量5.75 mg cm-2の組み立てられたLi-S電池は、6.18 mAh cm-2の高い面容量を得ることができます。本研究は、SACの炭素支持体と配位環境を最適化するための有望な解決策を提供し、結果として実用的なLi-S電池における双方向硫黄レドックスを高めることができます。