孙学良/张洪章/张华民AM: 促进Li2S2向Li2S的转化-高硫利用率的Li-S电池

Yolerz

2019-05-08

为了利用其高理论能量密度，迫切需要具有高硫负载的Li-S电池。基于醚的Li-S电池涉及复杂的多步骤固-液-固-固电化学反应机制。最近，对Li-S电池的研究广泛关注于初始固（硫）-液（可溶性多硫化物）-固（Li₂S₂）转化反应，这有助于实现Li-S电池理论容量的前50％。然而，从固态中间产物Li₂S₂到最终放电产物Li₂S的固-固转化的缓慢动力学（对应于理论容量的后50％）导致放电过早结束，致使低放电容量输出和低硫利用率。

鉴于此，西安大略大学孙学良和中科院大连化物所张洪章、张华民团队提出一种无定形硫化钴（CoS₃）催化剂，以降低Li₂S₂的离解能，推动Li₂S₂向Li₂S的电化学转化。研究者通过电化学性能和XAS结果证明了催化效果，并通过DFT计算进一步阐明了详细的催化机理。

使用CoS₃催化剂能够使高硫含量（3-10 mg cm^-2）的正极材料实现超过80％的高硫利用率，比没有CoS₃催化剂的正极多20％，此外，在长期充电/放电过程中保持了很好地催化效果。这项工作将开启催化剂的新窗口，用以改善高硫负载Li-S电池的电化学性能。

Xiaofei Yang, Xuejie Gao, Qian Sun, Sara Panahian Jand, Ying Yu, Yang Zhao, Xia Li, Keegan Adair, Liang‐Yin Kuo, Jochen Rohrer, Jianneng Liang, Xiaoting Lin, Mohammad Norouzi Banis, Yongfeng Hu, Hongzhang Zhang, Xianfeng Li, Ruying Li, Huamin Zhang, Payam Kaghazchi, Tsun‐Kong Sham, Xueliang Sun, Promoting the Transformation of Li2S2 to Li2S: Significantly Increasing Utilization of Active Materials for High‐Sulfur‐Loading Li–S Batteries, Advanced Materials, 2019.

DOI:10.1002/adma.201901220