孙学良院士/贺艳兵AM：电子和离子共导电催化剂实现多硫化锂的瞬时转化

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孙学良院士/贺艳兵AM：电子和离子共导电催化剂实现多硫化锂的瞬时转化
锂硫（Li-S）电池中的大多数催化剂都表现出低电导率，多硫化锂（LiPSs）必须扩散到碳材料的表面才能实现转化反应。在Li-S电池中实现LiPSs向Li2S的瞬时转化以抑制LiPSs的穿梭效应是一项重大挑战。
加拿大西安大略大学孙学良院士、清华大学深圳国际研究生院贺艳兵等开发了一种独特的碳包覆Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3(C@LATP)电子和离子共导电催化剂，该催化剂不仅对LiPSs具有强吸附性，而且更重要的是，还可促进LiPSs向 Li2S的瞬时转化反应。
孙学良院士/贺艳兵AM：电子和离子共导电催化剂实现多硫化锂的瞬时转化
图1 使用C@LATP的Li-S电池的转化反应示意图
对LiPSs具有强吸附性的C@LATP可以有效地为LiPSs向Li2S的转化反应提供锂离子和电子，这可以显著降低LiPSs的反应势垒以促进其瞬时转化。结果，使用C@LATP的LiPSs转化反应路径从传统的“吸附-扩散-转化”转变为新型的“吸附-转化”。
因此，LiPSs的穿梭效应和Li-S电池的不可逆自放电被大大抑制，LiPSs的可逆性得到明显提高。
孙学良院士/贺艳兵AM：电子和离子共导电催化剂实现多硫化锂的瞬时转化
图2 C@LATP的表征和对LiPSs的吸附行为
由于C@LATP与高效电子和离子传输以及对LiPSs的强吸附的多功能集成，基于C@LATP的Li-S电池实现了优异的循环和倍率性能。采用C@LATP涂层隔膜的Li-S电池在1 C下循环1000次后可提供602 mAh g-1的容量，远大于涂有 LATP/Super P混合物的隔膜（205 mAh g-1）。
此外，在5 mg cm-2的高硫负载下仍可实现出色的倍率性能和循环性能。这项工作强调了电子和离子共导固态电解质对先进Li-S电池中LiPSs的瞬时转化的重要性。
孙学良院士/贺艳兵AM：电子和离子共导电催化剂实现多硫化锂的瞬时转化
图3 采用不同隔膜的Li-S电池的电化学性能
Electron and Ion Co-Conductive Catalyst Achieving Instant Transformation of Lithium Polysulfide towards Li2S. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105362

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