Nat Comm 双重氧化还原介质加速锂硫电池的电化学动力学- 大数跨境

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Nat Comm 双重氧化还原介质加速锂硫电池的电化学动力学

科学材料站

2020-11-03

导读：本文作者展示了所有可能的硫物种的电子和几何结构，并构建了一个电子能量图来揭示它们在电池中的反应路径，以及它们缓慢动力学的分子来源。

文章信息

双重氧化还原介质加速锂硫电池的电化学动力学

第一作者：Fang Liu

通讯作者：王戈*，Bruce Dunn*，Philippe Sautet*，Yunfeng Lu*

单位：北京科技大学和加州大学洛杉矶分校

研究背景

除了锂离子电池(LiB)之外，对高能量电池的需求也越来越大，如电动汽车和汽车。硫被认为是最有前途的候选物之一，因为它具有高理论能量密度、环境友好性和低成本。当与锂或其他元素配对时，完整细胞的能量密度可能超过LiB。

然而，硫正极的电化学反应涉及多种反应动力学缓慢的多硫化物中间体，这导致电池具有低功率和能量密度。此外，这些可溶性中间物质在细胞内的向外扩散导致梭动效应，降低了容量保持能力并缩短了循环寿命。

文章简介

近日，北京科技大学王戈和加州大学洛杉矶分校Bruce Dunn，Philippe Sautet，Yunfeng Lu教授等在国际顶级期刊nature communications (影响因子：12.121) 上发表题为“Dual redox mediators accelerate the electrochemical kinetics of lithium-sulfur batteries”的研究工作。

在这项工作中我们展示了所有可能的硫物种的电子和几何结构，并构建了一个电子能量图来揭示它们在电池中的反应路径，以及它们缓慢动力学的分子来源。通过解耦加速充放电过程的矛盾要求，我们选择了两种赝电容氧化物作为电子离子源和漏极，分别实现了电子/Li+与硫中间体之间的高效传输。

掺入双氧化物后，硫正极的电化学动力学显著加快。这种策略将快速电化学反应与自发化学反应相结合，绕过慢速电化学反应途径，提供了加速电化学反应的解决方案，为高能电池系统的发展提供了新的视角。

本文要点

要点一：该工作研究了锂硫电池中所有可能的硫物种的电子结构，并构建了一个电子能量图来说明它们的反应路径。

要点二：通过解耦加速充放电过程的矛盾要求，该工作合理地选择了两种赝电容氧化物(Nb2O 5/LixNb2O5和MnO2/LiiMnO2)作为电子-离子库(源极和漏极)，它们可以分别实现电子/Li+与硫中间体的高效传输。采用这种电子-离子储器能够制造具有快速电化学动力学的硫电极，从而提高面积容量和功率性能，并延长循环寿命。

要点三：这种将快速电化学反应与自发化学反应相结合以避免缓慢电化学反应的策略可以很容易地扩展到具有缓慢电化学动力学的其他电极材料，例如硅和磷，为锂电池和其他电化学装置开辟了新的途径。

文章链接

Dual redox mediators accelerate the electrochemical kinetics of lithium-sulfur batteries

https://www.nature.com/articles/s41467-020-19070-8