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?孫學良院士 Nature子刊

來源：時間：2023-10-18 09:50:07 瀏覽：1344次

第一作者：Jung Tae Kim

通訊作者：王長虹助理教授、Chandra Veer Singh教授和孫學良院士

通訊單位：加拿大西安大略大學、加拿大多倫多大學、寧波東方理工大學（暫名）

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

研究背景

全固態鋰-硫（Li-S）電池由于其高理論能量密度、低成本和高安全性，為下一代能源存儲提供了一個引人注目的機會。然而，由于對其排放產物了解不足，其應用受到阻礙。利用對X射線吸收光譜和飛行時間二次離子質譜分析，發現全固態Li-S電池的放電產物不是完全由Li₂S組成，而是由Li₂S和Li₂S₂的混合物組成。基于此，寧波東方理工大學（暫名）孫學良院士、王長虹助理教授（原單位：加拿大西安大略大學）和加拿大多倫多大學Chandra Veer Singh教授提出了一種綜合策略：（1）操縱較低的截止電位，促進以Li₂S₂為主的放電產物；（2）在S復合電極中加入微量的固態催化劑（LiI）。基于這種策略設計的全固態Li-S電池在2.0 A g^-1的條件下循環1500 次，可以獲得979.6 mAh g^-1的可逆容量，并能在-10°C至60 °C溫度條件下穩定循環。本研究結果不僅為全固態Li-S電池的放電產物提供了寶貴的見解，還為提高其電化學性能提供了切實可行的方法。

文章要點

1、作者利用X射線吸收光譜揭示全固態Li-S電池的放電產物并不完全由Li₂S組成，而是由Li₂S和Li₂S₂的混合物組成。利用飛行時間二次離子質譜法通過檢測其特征離子 Li₃S₂⁺來驗證Li₂S₂的存在，并使用Li₃S₂⁺/Li₃S⁺的離子強度比來量化Li₂S₂和Li₂S混合物中Li₂S₂的相對比例。通過密度泛函理論（DFT）計算表明，Li₂S₂與Li₂S相比表現出優異的氧化還原動力學，但這兩種物質都會阻礙全固態Li-S電池的可逆性。

2、作者測試了高活性材料負載全固態Li-S電池，實現了超過3.0 mAh cm^-2的面積容量，證明了該方法的實際可行性。本工作利用先進的分析技術來探測全固態Li-S電池的放電產物，對其電化學行為產生了有價值的見解，并產生了可廣泛采用的策略，以實現完全可逆、全天候全固態Li-S電池的高容量、長壽命和增強安全性。

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