S)电池已成为下一代储能系统的极具前景的候选技术。这一潜力主要源于硫正极高达1672 mAh g-1的理论比容量−1其性能显著超越传统正极材料[1][2][3]。此外,硫元素天然储量丰富、成本低廉,与锂离子电池传统金属氧化物正极材料相比更具环境友好性[4][5]。放电过程中,电化学反应呈现明显的阶段性特征:首先在约2.3V的高电压平台区,单质硫被还原为可溶性长链多硫化锂(LiPSs);随后在2.1V附近的低电压平台区,这些中间产物进一步还原为不溶性短链Li2最终实现锂2S,使电池能够发挥其高容量[6]-[8]。尽管存在这些优势,若干固有挑战仍阻碍着锂2硫技术。硫及其最终放电产物具有电绝缘性,这严重限制了阴极的电导率和反应动力学[9][10]。更为关键的是,中间产物多硫化锂(LiPSs)的溶解会导致 notorious shuttle effect(穿梭效应),这些物质在电极间扩散,造成活性物质流失、库仑效率降低以及循环过程中容量快速衰减[11][12][13]。该系统的运行从根本上依赖于液态电解质来实现锂离子传输并溶解多硫化锂。然而,这种依赖性本身带来了重大缺陷。所需的大量电解液会降低电池组的整体能量密度[14][15][16]。此外,有机液态电解质的挥发性和易燃性与高反应活性的锂金属负极结合时,会引发严重的安全隐患[17][18]。目前大量研究致力于缓解这些问题。将硫限制在多孔导电宿主材料中、引入功能性中间层以及优化电解质配方等策略,已实现显著的性能提升[19][20][21][22]。然而这些解决方案往往治标不治本。当界面吸附位点被多硫化锂(LiPSs)饱和,或锂金属负极发生退化时,根本性问题依然存在,这表明锂硫电池仍需真正系统化、长效化的设计理念。
S电池的研究仍是一项持续的科学探索。
S batteries remains an ongoing scientific pursuit.
在硫电池领域,催化已成为提升反应动力学的关键策略。特别针对多硫化锂转化过程的加速,催化方法已引起广泛关注[23][24]。通过引入金属化合物、单原子催化剂或有机螯合物等催化材料,可有效吸附多硫化锂并促进其快速氧化还原反应,从而提高硫利用率和循环稳定性[25][26][27]。然而一个常被忽视却至关重要的矛盾在于:这些催化剂不可避免会因"硫中毒"现象而失活。在长期循环过程中,金属基催化剂常发生相变(如转化为金属硫化物),这种转变会改变其催化活性并最终损害电池的长期性能[28][29]。在实际高硫载量条件下,该问题会进一步加剧。由于硫在电解液中的溶解度有限,高浓度多硫化锂的积累会强化催化剂的硫化作用,导致不可逆的结构变化[30][31]。因此,反应动力学严重受损,导致容量快速衰减。当前研究主要集中于提升催化剂的初始活性,而对抑制副反应和确保电催化剂长期稳定性的关注相对不足。故而,亟需深化对催化剂失活机制的理解,并开发具备长期循环中保持高活性和结构完整性的耐硫催化体系。这一进展对于实现锂(此处输入不完整,保留原文格式)
具有高放电容量和长循环寿命的硫电池。
)及其基于化学转化反应的能量存储机制。然而,硫氧化还原动力学迟缓及可溶性多硫化锂引发的穿梭效应严重阻碍了其实际应用。近年来,各类催化材料被用作硫载体和催化剂以加速硫转化动力学并抑制多硫化锂穿梭。但这些材料常面临不可逆钝化与结构变化的困境,导致长期性能衰退。2S电池体系,以及表面重构技术。研究进一步探讨了高硫浓度带来的特殊挑战,并综述了近期在开发耐硫催化策略方面的重要进展,包括调控催化载体微环境、增加活性表面、整合助催化剂组分、构建碳基保护层以及强化离子/电子传输等。因此,抗中毒催化剂的设计不仅有望推动锂硫电池的实际应用
不仅适用于S电池,还能为优化更广泛储能应用中的催化剂提供重要参考(图1)。联系人:英国霍克蓄电池(中国)营销总部
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