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Arumugam Manthiram教授最新成果：高性能無(wú)負(fù)極Li-S電池

為了開(kāi)發(fā)商業(yè)上可行的鋰硫電池，穩(wěn)定鋰沉積、減輕多硫化鋰(LiPSs)穿梭，同時(shí)最大限度地減少過(guò)量鋰至關(guān)重要。

美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Arumugam Manthiram等展示了Li₂S納米顆粒通過(guò)Li₂SO₄和CoSO₄的簡(jiǎn)單碳熱還原成功負(fù)載到二元催化劑Co₉S₈和Co修飾的碳主體(Li₂S–Co₉S₈/Co)中，以用作功能性正極。

圖1 材料制備及復(fù)合正極示意圖

通過(guò)這種一步共合成策略，首先通過(guò)還原CoSO₄形成Co₉S₈/Co，然后作為成核位點(diǎn)，以確保Li₂S在復(fù)合材料中的均勻分布。在如此精心設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中，Co₉S₈/Co電催化劑可以有效地與Li₂S粘合在一起，為L(zhǎng)i-S電池氧化還原提供豐富的催化活性，以提高Li₂S的利用率并減輕LiPSs穿梭，從而防止大量惰性L(fǎng)i₂S在Li負(fù)極上積累，進(jìn)而確保有效利用電池中的Li。

圖2 Co₉S₈/Co的催化作用

得益于這種合理的設(shè)計(jì)，在采用Li₂S–Co₉S₈/Co正極的無(wú)負(fù)極電池中實(shí)現(xiàn)了969 mAh g^-1的高容量。此外，通過(guò)將Te添加劑與Li₂S–Co₉S₈/Co復(fù)合（Li₂S–Co₉S₈/Co-Te），復(fù)合正極在Li₂S負(fù)載為4 mg/cm²時(shí)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的循環(huán)性能（100圈循環(huán)后，保持865 mAh g^-1）。

最后，由Li₂S–Co₉S₈/Co-Te制備的無(wú)負(fù)極軟包電池在實(shí)用條件下（Li₂S負(fù)載為4 mg/cm²，低電解質(zhì)/Li₂S比率為4.5 μL mg^-1）以C/20倍率提供了776 mA hg-1 的高比容量。這項(xiàng)工作為實(shí)現(xiàn)高效的無(wú)負(fù)極鋰硫電池提供了可行的策略。

圖3 電化學(xué)性能

High-Performance Anode-Free Li–S Batteries with an Integrated Li₂S–Electrocatalyst Cathode. ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c02569

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