南昌大学杨震宇教授、张泽副教授，CEJ观点：阳离子掺杂V2O5微球作为双向催化剂激活锂硫电池的硫氧化还原反应

第一作者：刘凡君

通讯作者：张泽*，杨震宇*

单位：南昌大学

锂硫电池因其高能量密度（2600Wh·kg⁻¹）、低成本、环境友好性而引起了人们的极大关注。阴极S8分子在完全放电后转化为不溶性的Li₂S₂/Li₂S，理论放电容量可达1675mAh·g⁻¹。然而，硫的绝缘和放电最终产物Li₂S₂或Li₂S的弱氧化还原动力学不利于稳定和高容量的电化学性能。

本篇观点展示了近期研究锂硫电池中正极材料的相关工作，特别是如何提高活性物质硫的利用率，加速其氧化还原动力学，以实现出色电化学性能的正极电催化材料。同时回顾了近期在提升硫氧化还原动力学方面取得的进展，并对此做了进一步的理解和讨论。本文为今后的研究提供了方向，有助于加速高性能锂硫电池领域的研究及实际应用。

基于此，来自南昌大学化学化工学院的杨震宇&张泽课题组，在《Chemical Engineering Journal》期刊上发表题为“Cation-Doped V₂O₅ Microsphere as a Bidirectional Catalyst to Activate Sulfur Redox Reactions for Lithium-Sulfur Batteries”的观点。该文章分析了近期各类材料在锂硫电池中的应用，详细报道了课题组设计的宿主材料：M-V₂O₅-YS，在加速LiPSs的还原以及沉积Li₂S的再氧化动力学方面的显著双向催化作用，并取得出色的电化学性能。

图1：基于化学吸附和催化转化的S/M-V₂O₅-YS复合阴极在锂-S电池中的协同作用机制。

图2：(a) M-V₂O₅-YS和S/M-V₂O₅-YS复合材料的合成示意图。(b) M-V₂O₅-YS样品的XRD图谱。

2）掺杂过渡金属的M-V₂O₅-YS与原始的V₂O₅均表现出相似的卵黄微球结构，粒径均匀一致，并且在M-V₂O₅-YS中检测到了晶格缺失。

图2. SEM和TEM图：(a, e) V₂O₅-YS, (b, f) Fe-V₂O₅-YS, (c, g) Co-V₂O₅-YS and (d, h) Ni-V₂O₅-YS；(i, j) V₂O₅-YS 和(k, l) Co-V₂O₅-YS的晶格条纹;(m) Co-V₂O₅-YS样品的元素EDS分布。

3）掺杂后的V₂O₅应用于锂硫电池硫的载体，表现出出色的电化学性能，尤其是在较大电流密度下。

图3：电化学性能图谱：(a) 倍率性能，(b)极化值比较，(c) 长循环性能，(d,e) 高载硫循环性能。

图4：(a) 对称电池的CV，(b) Tafel 曲线，(c) Li₂S的成核曲线，(d) Li₂S的溶解曲线。

这项工作介绍过渡金属（M = Fe，Co，Ni）掺杂的五氧化二钒卵黄壳微球（M-V₂O₅-YS）作为硫的双向催化宿主，表现出丰富的晶格缺陷和提高的电导率。同时，动力学试验结果表明，M-V₂O₅-YS宿主在加速LiPSs的还原学以及沉积Li₂S的再氧化动力方面的显著双向催化作用。即使在较高的硫负载和低电解液用量的条件下，也有良好的容量和稳定的循环性能。因此，本研究为探索激活高性能锂硫电池SRRs双向催化材料提供了一种有效、可行的方法。

Cation-Doped V₂O₅ Microsphere as a Bidirectional Catalyst to Activate Sulfur Redox Reactions for Lithium-Sulfur Batteries

杨震宇教授简介：南昌大学化学化工学院教授，博士生导师，赣江特聘教授，江西省主要学科带头人。2005年博士毕业于中科院理化技术研究所，先后在美国伦斯勒理工学院、北京大学、南洋理工大学等国内外著名院校访问、交流学习。长期从事电化学储能材料和胶体化学相关研究。迄今已在国内外期刊发表SCI论文100余篇，申请发明专利10余项，主持国家和省级研究项目20余项。

刘凡君，本科毕业于陕西师范大学，现为南昌大学化学化工学院2020级硕士研究生，研究方向为锂硫电池正极材料。

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