所謂鈉硫電池，就是通過鈉與硫的化學反應，將電能儲存起來，當電網需要更多電能時，它又會將化學能轉化成電能，釋放出去，鈉硫電池的「蓄洪」性能非常優異，即使輸入的電流突然超過額定功率5-10倍，它也能泰然承受，再以穩定的功率釋放到電網中——這對於大型城市電網的平穩運行尤其有用。
太陽能、風能等新能源雖然潔淨，但發電功率很不穩定。這會給整個電網帶來不期而至的「洪峰」。儲能電站會將這些「綠電」先照單全收，再根據電網需求輸出。
鈉硫電池是以Na-beta-氧化鋁（AL2O3）為電解質和隔膜，並分別以金屬鈉和多硫化鈉為負極和正極的二次電池。鈉硫電池用於儲能具有獨到的優勢，主要體現在原材料和製備成本低、能量和功率密度大、效率高、不受場地限制、維護方便等方面。
室溫鈉硫電池（RT-Na/S batteries），由於具有豐富的來源以及廉價，可以滿足大規模應用的前景。RT-Na/S 電池面臨有和Li-S電池類似的挑戰：可逆容量低和容量衰退快。硫的導電性差以及其與鈉的反應動力學緩慢導致其的利用率低、以及不完全產物多硫化物（不是完全還原產物Na2S）是低容量的主要原因。此外，由於多硫化物的溶解，導致活性材料的損失，致使容量快速衰減。因此合理的材料設計是提高硫的反應活性並且減緩多硫化物溶解的主要因素，近年來報導的硫載體（如碳球、導電聚合物等）表現出一定的抑制多硫化物的作用，然後還有很大的進步空間。而原子級金屬材料（單原子金屬和金屬簇）不僅具有優異的電子和反應特性，而且還可以達到最大的原子利用率。如果能夠將新型原子金屬引入硫載體也許會有不一樣的效果，同時也非常具有挑戰性。
近期，澳大利亞伍倫貢大學侴術雷和王雲曉團隊成功地合成了一種高效的硫載體材料——空心碳球（碳壁厚度約為5 nm）上負載的原子級別的鈷（圖1）。通常情況下，原子級別的金屬由於其高能量和不穩定性難以在純碳材料中形成，然而通過硫的升華，S和Co能夠形成Co-S鍵，從而將原子級Co成功引入S@Con-HC複合材料中。於此同時，Co-S鍵也能夠提高S的反應活性，從而提高其電化學性能。
圖1. 合成示意圖
S@Con-HC表現出優異的電化學性能（圖2），這表明原子級Co能夠提高硫的電導率和反應活性，固定多硫化物。其首圈可逆容量高達1081 mA h g-1，硫利用率為64.7%，在100 mA g-1下循環600次後，其還能保持507 mAh g-1的高容量。該結果證實了原子級Co具有比Co納米顆粒和CoS2納米顆粒更強的電催化能力。通過CV、原位拉曼，同步輻射XRD和DFT可以深入了解該反應機理。結果表明從Na2S4還原為Na2S的反應速度非常快，因此研究人員對這一現象進行深入分析，並提出一種新的機制：原子級Co可以快速將Na2S4電催化還原為Na2S，從而有效的減緩循環過程中Na2S4的溶解。在AIMD的模擬結果表明Na2S4在Co6簇上能夠自發的分解，而純碳載體卻沒有發現這種現象。表明在Co6簇存在下Na2S4的分解可以被電催化，這與原位拉曼和同步輻射XRD結果的推測一致。
圖2. 室溫鈉硫電池的電化學性能
這項工作將電池和電催化領域聯繫起來，為電極材料的新穎設計提供了新的探索方向，可推動各種電池技術的發展。這一成果近期發表在Nature Communications上，文章的第一作者是澳大利亞伍倫貢大學博士研究生張斌偉。