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Nature：導(dǎo)電硫-碘正極用于固態(tài)鋰-硫電池的修復(fù)

固態(tài)鋰-硫電池兼具低成本、高比能和高安全性，是新一代高比能動力電池的重點研究方向。然而，硫正極材料的電子絕緣特性以及電化學(xué)過程中的巨大體積膨脹使得電荷難以在變化的固態(tài)界面實現(xiàn)穩(wěn)定傳輸，其阻礙了固態(tài)鋰-硫電池的進一步發(fā)展與應(yīng)用。

在此，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校劉平和Shyue Ping Ong（王學(xué)彬）等人報告了一種在晶體硫結(jié)構(gòu)中插入 I₂ 的 S_9.3I 分子晶體，其在 25 °C 時顯示出半導(dǎo)體級的導(dǎo)電性，其導(dǎo)電性在25°C時比純硫提高了11個數(shù)量級。通過引入碘，硫的能帶結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了新的狀態(tài)并且在電化學(xué)循環(huán)中促進了活性多硫化物的生成。

此外，該種新材料的熔點較低，大約為65°C，即通過定期重新熔化正極材料可修復(fù)電池循環(huán)過程中損壞的界面。因此，Li-S_9.3I電池能夠?qū)崿F(xiàn)400次的穩(wěn)定循環(huán)且其比容量保持率達到了87%。

圖1. S_9.3I和S正極在固態(tài)Li-S電池中的電化學(xué)性能

總之，該工作發(fā)展了一種新型晶格空位分子嵌入機制的硫晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控策略，設(shè)計并合成了導(dǎo)電、固態(tài)界面可修復(fù)的S_9.3I正極材料，有效解決了固態(tài)鋰-硫電池關(guān)鍵科學(xué)難題。此外，引入的碘元素也促進了電化學(xué)過程中多硫化鋰的生成，有效提升了固態(tài)鋰-硫電池電化學(xué)性能。因此，該新型S_9.3I正極材料的發(fā)現(xiàn)，為發(fā)展高比能固態(tài)鋰-硫電池提供了新思路。

圖2. S_9.3I正極在固態(tài)電池中的工作機制

Healable and conductive sulfur iodide for solid-state Li–S batteries, Nature 2024 DOI: 10.1038/s41586-024-07101-z

原創(chuàng)文章，作者：wang，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/05/21/9aae3ae283/

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