孙学良/康俊/张亮EnSM: -10~40 °C宽温度范围稳定运行的高容量锂硫电池

通过电催化促进多硫化物转化是抑制锂硫 (Li-S) 电池穿梭效应的一种有前景的策略，但由于循环过程中连续形成Li₂S钝化层，电催化剂中的活性位点逐渐钝化，这使得实现硫物质的稳定转化具有挑战性。

在此，苏州大学张亮教授、北京计算科学研究中心康俊研究员及加拿大西安大略大学孙学良教授等人提出了一种反应性Li₂S与Fe₃C双向电催化剂的协作策略，以实现硫物质的快速连续转化，从而显著提高Li-S电池的性能。

在还原过程中，通过合理设计Fe₃C@泡沫碳/S-碳纤维正极（Fe₃C@FC/S-CF）实现活性Li₂S在Fe₃C表面沉淀，不仅缩短了离子/电子扩散路径，而且暴露并保留了Fe₃C中更多的活性位点。而在接下来的氧化过程中，Fe₃C还促进了反应性Li₂S的分解，使电催化剂表面焕然一新。

图1. Fe₃C@FC复合材料的制备过程及表征

因此，综合实验和理论计算结果表明，Fe₃C的高催化活性在整个充放电过程中保持良好，实现了硫物种的快速氧化还原转化。最终，通过制备的Fe₃C@FC/S-CF 正极，首次在宽温度范围（-10~40°C）下实现了高面积容量（> 6.0 mAh cm^-2）的Li-S电池。

此外在室温条件下，在约8 µL mg^-1的低 E/S 比和16.1 mg cm^-2的高硫负载下，Li-S电池在70次循环后仍保持10 mAh cm^-2的高面积容量。这项研究成功地实现了反应性Li₂S与双向电催化剂的结合，在实际条件下极大地提高了Li-S电池的电化学性能。

图2. Fe₃C@FC/S-CF和FC/S-CF正极的电化学表征

Achieving Reversible Precipitation-Decomposition of Reactive Li₂S towards High-Areal-Capacity Lithium-Sulfur Batteries with a Wide-Temperature Range, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.10.035

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孙学良/康俊/张亮EnSM: -10~40 °C宽温度范围稳定运行的高容量锂硫电池

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