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孫學良院士/賀艷兵AM：電子和離子共導電催化劑實現多硫化鋰的瞬時轉化

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孫學良院士/賀艷兵AM：電子和離子共導電催化劑實現多硫化鋰的瞬時轉化
鋰硫（Li-S）電池中的大多數催化劑都表現出低電導率，多硫化鋰（LiPSs）必須擴散到碳材料的表面才能實現轉化反應。在Li-S電池中實現LiPSs向Li2S的瞬時轉化以抑制LiPSs的穿梭效應是一項重大挑戰(zhàn)。
加拿大西安大略大學孫學良院士、清華大學深圳國際研究生院賀艷兵等開發(fā)了一種獨特的碳包覆Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3(C@LATP)電子和離子共導電催化劑，該催化劑不僅對LiPSs具有強吸附性，而且更重要的是，還可促進LiPSs向 Li2S的瞬時轉化反應。
孫學良院士/賀艷兵AM：電子和離子共導電催化劑實現多硫化鋰的瞬時轉化
圖1 使用C@LATP的Li-S電池的轉化反應示意圖
對LiPSs具有強吸附性的C@LATP可以有效地為LiPSs向Li2S的轉化反應提供鋰離子和電子，這可以顯著降低LiPSs的反應勢壘以促進其瞬時轉化。結果，使用C@LATP的LiPSs轉化反應路徑從傳統(tǒng)的“吸附-擴散-轉化”轉變?yōu)樾滦偷摹拔?轉化”。
因此，LiPSs的穿梭效應和Li-S電池的不可逆自放電被大大抑制，LiPSs的可逆性得到明顯提高。
孫學良院士/賀艷兵AM：電子和離子共導電催化劑實現多硫化鋰的瞬時轉化
圖2 C@LATP的表征和對LiPSs的吸附行為
由于C@LATP與高效電子和離子傳輸以及對LiPSs的強吸附的多功能集成，基于C@LATP的Li-S電池實現了優(yōu)異的循環(huán)和倍率性能。采用C@LATP涂層隔膜的Li-S電池在1 C下循環(huán)1000次后可提供602 mAh g-1的容量，遠大于涂有 LATP/Super P混合物的隔膜（205 mAh g-1）。
此外，在5 mg cm-2的高硫負載下仍可實現出色的倍率性能和循環(huán)性能。這項工作強調了電子和離子共導固態(tài)電解質對先進Li-S電池中LiPSs的瞬時轉化的重要性。
孫學良院士/賀艷兵AM：電子和離子共導電催化劑實現多硫化鋰的瞬時轉化
圖3 采用不同隔膜的Li-S電池的電化學性能
Electron and Ion Co-Conductive Catalyst Achieving Instant Transformation of Lithium Polysulfide towards Li2S. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105362

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