苏大李彦光InfoMat: 锂硫电池到其他金属-S电池的知识和经验移植

与备受推崇的锂硫电池相比，使用非锂负极（Li、Na、K、Ca、Mg和Al）的可充电金属硫电池在丰度、成本和体积能量密度方面具有多重优势。尽管使用相同的硫正极，金属硫电池在电化学反应途径和容量衰减机制方面表现出很大差异。

在此，苏州大学李彦光教授等人概述了金属-S电池的相关性和差异，强调了可以从锂硫电池移植到其他金属-S电池的知识和经验。作者讨论了各种金属-S电池的历史发展和电化学反应机理，并从多硫化物穿梭、正极钝化和负极稳定性方面提供了对容量衰减机制的当前机械理解。

根据目前的文献调查，作者发现多硫化物穿梭导致了具有碱金属负极（即Li、Na和K）的金属-S电池的容量衰减，而硫正极和金属负极的电极钝化是含多价金属负极（即Mg、Ca和Al）的金属-S电池容量衰减的主要原因。与锂硫电池相比，非锂金属硫电池的研究进展仍处于早期阶段，其实际性能存在硫利用率低、容量衰减快、倍率能力有限和库仑效率低等问题。

图1. 抑制金属-S电池中多硫化物穿梭的一般策略

为了应对这些挑战，最后作者简要介绍了金属-S电池未来可能的发展：

（1）硫正极的合理设计和制备仍是重中之重。为了提高硫反应动力学，合理设计功能性硫主体是最常用的方法。

（2）加深对各种金属-S电池中硫转化化学的理解。应整合先进的原位光谱/显微镜技术、电化学分析方法和理论模拟，以填补知识空白。

（3）致力于提高具有高金属电镀/剥离可逆性的金属负极的稳定性。未来可以为单价负极（Li⁺、Na⁺和K⁺）设计离子导电保护层，及为多价负极（Mg²⁺、Ca²⁺和Al³⁺）设计没有多硫化物溶解的新电解质。

（4）在实际条件下研究金属-S电池至关重要。未来对金属-S电池的研究应侧重于实际测试条件，以评估其反应机理和电化学性能。

图2. 解决金属-S电池中正极和负极钝化的一般策略

Room-temperature metal–sulfur batteries: What can we learn from lithium–sulfur? InfoMat 2022. DOI: 10.1002/inf2.12291

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