Arumugam Manthiram教授最新成果：高性能无负极Li-S电池

为了开发商业上可行的锂硫电池，稳定锂沉积、减轻多硫化锂(LiPSs)穿梭，同时最大限度地减少过量锂至关重要。

美国德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram等展示了Li₂S纳米颗粒通过Li₂SO₄和CoSO₄的简单碳热还原成功负载到二元催化剂Co₉S₈和Co修饰的碳主体(Li₂S–Co₉S₈/Co)中，以用作功能性正极。

图1 材料制备及复合正极示意图

通过这种一步共合成策略，首先通过还原CoSO₄形成Co₉S₈/Co，然后作为成核位点，以确保Li₂S在复合材料中的均匀分布。在如此精心设计的结构中，Co₉S₈/Co电催化剂可以有效地与Li₂S粘合在一起，为Li-S电池氧化还原提供丰富的催化活性，以提高Li₂S的利用率并减轻LiPSs穿梭，从而防止大量惰性Li₂S在Li负极上积累，进而确保有效利用电池中的Li。

图2 Co₉S₈/Co的催化作用

得益于这种合理的设计，在采用Li₂S–Co₉S₈/Co正极的无负极电池中实现了969 mAh g^-1的高容量。此外，通过将Te添加剂与Li₂S–Co₉S₈/Co复合（Li₂S–Co₉S₈/Co-Te），复合正极在Li₂S负载为4 mg/cm²时实现了稳定的循环性能（100圈循环后，保持865 mAh g^-1）。

最后，由Li₂S–Co₉S₈/Co-Te制备的无负极软包电池在实用条件下（Li₂S负载为4 mg/cm²，低电解质/Li₂S比率为4.5 μL mg^-1）以C/20倍率提供了776 mA hg-1 的高比容量。这项工作为实现高效的无负极锂硫电池提供了可行的策略。

图3 电化学性能

High-Performance Anode-Free Li–S Batteries with an Integrated Li₂S–Electrocatalyst Cathode. ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c02569

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