锂硫电池具有超高的能量密度(2600kW/kg)、低成本、环境友好等特点，在可再生能源存储和电/混动汽车等领域具有良好的应用前景。但是锂硫电池的实际应用仍然极大受限于正极硫，主要包括硫及其放电产物的绝缘性，巨大的体积膨胀，多硫化物的穿梭效应以及缓慢的多硫化物转化动力学等问题。构建和使用极性的电催化材料不仅可有效调控多硫化锂的吸附，而且还能催化其复杂的多相转化过程，从而提升电池的可逆容量、倍率和循环性能。在众多电催化材料中，单原子催化剂（SACs）由于其超高的原子利用率，丰富的活性位点，独特的电子结构等特点，引起了人们的广泛关注。但是，目前报道的SACs通常只有较低的金属含量 (<5 wt%)，不能充分发挥SACs在锂硫电池中的催化效应。此外，SACs对于锂硫电池中放电产物硫化锂的沉积行为的影响，目前还尚未有报道。
  近日，华中科技大学武汉光电国家研究中心孙永明课题组和周军课题组合作利用盐模板法制备了一种高金属钴单原子含量 (15.3 wt%) 的钴/氮/碳单复合材料（CoSA-N-C），实现了对Li-S电池中（多）硫化锂转化与沉积的调控作用。理论和实验结果表明大量Co-N4配位结构的存在能够有效促进多硫化锂的吸附并催化加速其氧化还原动力学过程，有效抑制了多硫化锂的穿梭效应。同时这种CoSA-N-C材料实现了硫化锂纳米颗粒的均匀沉积，极大提高了硫的利用率。得益于此，在硫负载量为4.9 mg cm-2下，这种CoSA-N-C@S正极在0.2 C下循环120圈后仍保持4.24 mAh cm-2的高面积容量，容量保持率为91.8%。该工作所提出的“单原子催化剂调控（多）硫化锂的转化与沉积”这一策略为推动高比能Li-S电池电极的设计提供了新思路。
相关研究成果以“Fast Conversion and Controlled Deposition of Lithium (Poly)sulfides in Lithium-Sulfur Batteries Using High-Loading Cobalt Single Atoms “为题发表在能源领域顶级期刊Energy Storage Materials 上。

图 钴/氮/碳单复合材料调控（多）硫化锂转化与沉积的示意图，及其电池循环性能。