经过改性的FeNi3二元合金能够有效促进多硫化物的转化，从而使得高倍率锂硫电池能够在宽温度范围内正常工作

高能量密度锂硫电池需具有可调催化活性的电极材料。本研究采用二元FeNi3合金纳米颗粒均匀分散于碳纳米片（FeNi3/CNS）作为催化剂，通过TOF-MS和原位XRD证实其显著提升硫物种转化效率，抑制 shuttle效应并保护锂金属。电化学测试显示，该电池在3.0 C倍率下容量达852 mAh g-1，1.0 C下循环500次容量保持率达639 mAh g-1，宽温域（-15~60℃）及高面容量（5.60 mAh cm-2@4.0 mg cm-2 S）表现优异，为多组分合金催化剂在锂硫电池中的应用提供了新方向。

摘要

高能量密度的锂硫（Li–S）电池需要具备快速中间转化能力和抑制“穿梭效应”的特性，因此需要性能优越、催化活性可调的电催化剂。在本研究中，通过将二元FeNi₃合金纳米颗粒均匀嵌入碳纳米片（FeNi₃/CNS）中，来调控硫物种的转化过程。飞行时间-二次质谱分析显示，二元FeNi₃合金的催化效果明显优于纯Ni；这一结论通过原位 X射线衍射测量得到的更大Li₂S生成量得到了进一步验证。进一步的阳极表征证实了该催化剂能有效抑制硫的穿梭运动，并对锂金属具有良好的保护作用。在电化学测试中，Li–S电池在3.0 C电流下的放电倍率为852 mAh g⁻¹，在1.0 C电流下经过500次循环后仍保持639 mAh g⁻¹的出色循环性能。即使在较宽的工作温度范围（-15–60 °C）内，Li–S电池也能在高电流下保持稳定的循环性能和较高的比容量。此外，使用FeNi₃/CNS的Li–S电池在硫含量约为4.0 mg cm⁻²时，可实现最大面积容量为5.60 mAh cm⁻²。本研究强调了采用二元或多组分金属合金作为电催化剂的优点，并指出了推动Li–S电池走向实际应用的研究方向。