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朱慶山/張會剛/惠俊峰AEM：金屬結(jié)催化劑實現(xiàn)多硫化物的高效持久電催化

鋰硫（Li-S）電池被認為是下一代儲能系統(tǒng)的有希望的候選者。然而，多硫化物的緩慢動力學和穿梭效應阻礙了其實際應用。設計高效率的催化劑以提高動力學和抑制穿梭效應是構(gòu)建耐用Li-S電池的一個主要任務。

圖1. 用于Li-S催化的金屬-金屬結(jié)的示意圖

中科院過程所朱慶山、西北大學張會剛、惠俊峰等研究了五種典型的Li-S電池鈷基催化劑，研究發(fā)現(xiàn)ZIF衍生的鈷納米顆粒對多硫化物轉(zhuǎn)化具有最高的催化活性。活性的起源歸因于固體中的高電子遷移率以及多硫化物和催化劑之間的強相互作用。

然而，由于Co原子的正電性和納米顆粒的高表面積導致其化學不穩(wěn)定，因此Co納米粒子在Li-S電池中循環(huán)時容易被氧化并失去其高催化活性。

基于理論和實驗結(jié)果，作者設計了一種用于Li-S催化的Co/CoSe結(jié)。由于Co和CoSe的功函數(shù)不同，該結(jié)重新排列了電荷分布，并加強了多硫化物和CoSe之間的相互作用，從而產(chǎn)生比單個Co和CoSe更高的催化活性。此外，CoSe的相對穩(wěn)定性使得該結(jié)在循環(huán)時持久。

圖2. Co/CoSe結(jié)的催化機理

因此，與Co相比，Co/CoSe結(jié)顯示出長期的催化活性。由此產(chǎn)生的Co/CoSe電池在0.1C時可以提供1441.2 mAh/g的高初始容量。另外，長期循環(huán)表明，Co/CoSe全電池在2C下循環(huán)1000次后可以保持69.3%的初始容量，對應于每個循環(huán)0.0307%的容量衰減。

總體而言，這種Co/CoSe結(jié)設計為提高多硫化物轉(zhuǎn)化的催化活性提供了一種替代方法。

圖3. 鋰硫電池的電化學性能

Co/CoSe Junctions Enable Efficient and Durable Electrocatalytic Conversion of Polysulfides for High-Performance Li–S Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202204345

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