【產(chǎn)通社，4月7日訊】中國科學院（Chinese Academy of Sciences）官網(wǎng)消息，鋰硫電池因其理論容量高、能量密度高、低成本，被視為下一代儲能系統(tǒng)。鋰硫電池中可溶性多硫化鋰的穿梭效應(yīng)與高的轉(zhuǎn)化勢壘，阻礙了活性物質(zhì)的高效利用與商業(yè)化進程。鋰硫電池正極的主要問題是多硫化物嚴重的穿梭效應(yīng)和緩慢的電化學轉(zhuǎn)化動力學。基于前期的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究（J. Power Sources, 2016, 321, 193；Nano Energy, 2017, 40, 390），科研人員在體系中引入高活性的缺陷金屬氧化物或金屬單原子催化劑可顯著降低反應(yīng)勢壘，促進多硫化物轉(zhuǎn)化（ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 12727；Energy Storage Mater. 2020, 28, 375；ChemSusChem, 2020, 13, 3404；Energy Storage Mater. 2019, 18, 246；Energy Environment. Mater. 2020, DOI: 10.1002/eem2.12152；ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 12727）。進一步研究發(fā)現(xiàn)，鋰離子的傳輸動力學對電池的倍率性能產(chǎn)生較大影響，特別是在高面積載量的鋰硫軟包電池體系中。

針對上述滯后的多硫化鋰轉(zhuǎn)化與鋰離子傳輸動力學問題，蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所博士王健與研究員藺洪振在快速鋰離子通道型氧化鈮催化劑中引入設(shè)陰離子氧空位，結(jié)合理論計算，分析了陰離子氧空位催化劑在高面積載量的鋰硫軟包電池中對多硫離子錨定作用及加速鋰離子傳導作用，推動了快充電電池的商業(yè)化進程。

納米碳負載富含陰離子氧空位氧化鈮催化劑（AOV-Nb2O5-x@HHPC）的合成，結(jié)合了簡單水熱及后續(xù)熱處理的方法。電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)，制備的納米氧空位催化劑粒子的尺寸非常小且均勻分布在三維導電網(wǎng)絡(luò)的納米碳材料中。研究人員結(jié)合XPS與Raman光譜，證實更多的氧空位存在于AOV-Nb2O5-x@HHPC復合材料中。

通過紫外吸收光譜，可明顯看出經(jīng)AOV-Nb2O5-x@HHPC吸附催化后殘余多硫化鋰溶液的濃度顯著降低。理論模擬進一步顯示，多硫化物與氧空位基催化劑表面的作用力顯著增強，且形成了Nb-S鍵。對稱電池的循環(huán)伏安性能、硫化鋰的沉積能力及Tafel曲線測試均顯示出空位基催化劑能夠提高多硫化物的轉(zhuǎn)換速率和鋰離子的動力學性能。將硫正極的面積載量增加至4.2 mg cm-2，添加少量的電解液，制備的軟包電池初始面容量可高達3.54 mA h cm-2且可穩(wěn)定循環(huán)幾十次，這表明陰離子氧化空位催化劑在鋰硫電池中具有廣闊應(yīng)用前景。

相關(guān)研究成果以Anionic oxygen vacancies in Nb2O5-x/carbon hybrid host endow rapid catalytic behaviors for high-performance high areal loading lithium sulfur pouch cell為題，發(fā)表在Chemical Engineering Journal上。程雙、王健為論文第一作者，藺洪振為論文通訊作者。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金及Alexander von Humboldt Foundation等的支持。

查詢進一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://www.cas.cn/syky，以及http://doi.org/10.1016/j.cej.2020.128172。（張嘉汐，產(chǎn)通發(fā)布）    （完）