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北科焦樹(shù)強(qiáng)Angew：電催化劑增強(qiáng)的高能量長(zhǎng)壽命準(zhǔn)固態(tài)Al-S電池

超高能價(jià)比的鋁硫（Al-S）電池是一種很有前景的儲(chǔ)能技術(shù)，但存在電壓差大、壽命短等問(wèn)題。

北京科技大學(xué)焦樹(shù)強(qiáng)等提出了一種電催化劑增強(qiáng)的準(zhǔn)固態(tài)Al-S電池，以從根本上解決Al-S電池中電壓間隙大和容量衰減快的問(wèn)題。

圖1 催化作用示意及準(zhǔn)固態(tài)Al-S電池性能

該電池包含硫錨定的鈷/氮共摻雜石墨烯(S@CoNG)正極和離子液體浸漬的金屬有機(jī)骨架(IL@MOF)電解質(zhì)。Co-N₄結(jié)構(gòu)作為多功能催化中心不斷誘導(dǎo)Al³⁺從Al_xCl_y-離子解離和S-S鍵斷裂，從而大大加速硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

因此，電催化加速的S@CoNG正極具有0.43 V的小電壓間隙和0.9 V的高放電平臺(tái)，有利于提高能量密度。此外，IL@MOF中豐富而狹窄的MOF通道被IL離子填充，賦予了快速的活性離子傳輸，并成功抑制了多硫化物的穿梭效應(yīng)，從而穩(wěn)定了可逆的硫轉(zhuǎn)化。

圖2 充放電過(guò)程研究

受益于上述優(yōu)勢(shì)，由S@CoNG正極和IL@MOF電解質(zhì)組裝而成的準(zhǔn)固態(tài)Al-S電池在首次循環(huán)中提供了820 mAh g^-1的高比容量，并且在超過(guò)300次循環(huán)后容量保持率達(dá)到了78%，顯示出高能量密度和長(zhǎng)壽命。更重要的是，這里的設(shè)計(jì)原理賦予了Al-S電池良好的可充電能力，可以擴(kuò)展到其他硫基電池，為開(kāi)發(fā)高性能硫基電池提供了可行的策略。

圖3 對(duì)稱電池性能及對(duì)多硫化物的阻擋研究

Electrocatalysis for Continuous Multi-step Reactions in Quasi-solid-state Electrolytes towards High-energy and Long-life Aluminum?Sulfur Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202202696

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