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Arumugam Manthiram最新EES: 揭示可充電電池中硫屬元素原位取代多硫化物的影響

硫化合物的化學性質是包括鋰硫 (Li-S) 電池在內的幾種有前途的下一代可充電電池化學物質的核心。在鋰硫電池中，多硫化物中間體的形成和穿梭通常被認為是實現其實際可行性的主要障礙。

在此，美國德克薩斯大學奧斯汀分校Arumugam Manthiram教授等人比較了硫屬元素（硒和碲）在多硫化物鏈中的取代，并證明了它們對Li-S電池化學的有益影響。

研究表明，硒取代的多硫化物由于優先生成自由基中間體而有效催化硫/Li₂S轉換反應，從而提高了正極利用率，碲取代的多硫化物通過在鋰表面形成具有低Li⁺離子擴散勢壘的鈍化界面層來提高鋰循環效率。

圖1. 貧電解液無負極軟包鋰硫電池的電化學性能

這種基于多硫化物“分子工程”并利用內在多硫化物穿梭效應的非常規策略得到了驗證，將貧電解液無負極軟包鋰硫電池的循環壽命提高了10倍。

此外，無負極配置最大限度地提高了能量密度，減輕了處理薄鋰箔的挑戰，并消除了電池組裝時的自放電。硒和碲化學差異之間產生的見解可廣泛用于金屬硫屬元素電池以及硫屬元素化物固體電解質的研究。

圖2. XPS及飛行時間二次離子質譜 (ToF-SIMS) 測試結果

Implications of in-situ chalcogen substitutions in polysulfides for rechargeable batteries, Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/D1EE01113H

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