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孙学良院士 Nature子刊

来源：时间：2023-10-18 09:50:07 浏览：973次

第一作者：Jung Tae Kim

通讯作者：王长虹助理教授、Chandra Veer Singh教授和孙学良院士

通讯单位：加拿大西安大略大学、加拿大多伦多大学、宁波东方理工大学（暂名）

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-42109-5

研究背景

全固态锂-硫（Li-S）电池由于其高理论能量密度、低成本和高安全性，为下一代能源存储提供了一个引人注目的机会。然而，由于对其排放产物了解不足，其应用受到阻碍。利用对X射线吸收光谱和飞行时间二次离子质谱分析，发现全固态Li-S电池的放电产物不是完全由Li₂S组成，而是由Li₂S和Li₂S₂的混合物组成。基于此，宁波东方理工大学（暂名）孙学良院士、王长虹助理教授（原单位：加拿大西安大略大学）和加拿大多伦多大学Chandra Veer Singh教授提出了一种综合策略：（1）操纵较低的截止电位，促进以Li₂S₂为主的放电产物；（2）在S复合电极中加入微量的固态催化剂（LiI）。基于这种策略设计的全固态Li-S电池在2.0 A g^-1的条件下循环1500 次，可以获得979.6 mAh g^-1的可逆容量，并能在-10°C至60 °C温度条件下稳定循环。本研究结果不仅为全固态Li-S电池的放电产物提供了宝贵的见解，还为提高其电化学性能提供了切实可行的方法。

文章要点

1、作者利用X射线吸收光谱揭示全固态Li-S电池的放电产物并不完全由Li₂S组成，而是由Li₂S和Li₂S₂的混合物组成。利用飞行时间二次离子质谱法通过检测其特征离子 Li₃S₂⁺来验证Li₂S₂的存在，并使用Li₃S₂⁺/Li₃S⁺的离子强度比来量化Li₂S₂和Li₂S混合物中Li₂S₂的相对比例。通过密度泛函理论（DFT）计算表明，Li₂S₂与Li₂S相比表现出优异的氧化还原动力学，但这两种物质都会阻碍全固态Li-S电池的可逆性。

2、作者测试了高活性材料负载全固态Li-S电池，实现了超过3.0 mAh cm^-2的面积容量，证明了该方法的实际可行性。本工作利用先进的分析技术来探测全固态Li-S电池的放电产物，对其电化学行为产生了有价值的见解，并产生了可广泛采用的策略，以实现完全可逆、全天候全固态Li-S电池的高容量、长寿命和增强安全性。

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