大功率锂硫电池的设计方法

锂硫（Li–S）电池是最常见的可充电电池技术锂离子电池（LiBs）的一种很有前途的替代品。由于地球上硫含量丰富，这些电池可能比锂电池更便宜、更环保，同时也可能表现出更高的能量密度

尽管有这些优势，Li的部署；到目前为止，S电池是有限的，因为这些电池中的许多也具有低循环寿命和高自放电率。此外，Li&ndash；在实际应用中，由于S电池的充电和放电速率很高，因此其成本通常会低得多。

这是一种化学反应，在确保Li&ndash；S电池就是所谓的硫还原反应（SRR）。该反应已被广泛研究，但其在高电流速率下的动力学趋势仍知之甚少

阿德莱德大学、天津大学和澳大利亚同步加速器的研究人员最近进行了一项研究，旨在描绘SRR的动力学趋势，为大功率Li&ndash；S电池。他们发表在《自然纳米技术》上的论文还介绍了一种纳米复合碳电催化剂，该催化剂被发现可以提高Li&ndash；S电池，获得约75%的放电容量保持率

“电催化剂对硫还原反应（SRR）的活性可以用火山图来表示，火山图描述了具体的热力学趋势，”李欢、孟荣伟和他们的同事在论文中写道。“然而，描述高电流率下SRR的动力学趋势尚不可用，这限制了我们对动力学变化的理解，并阻碍了高功率Li||S电池的发展。以Le Chatelier原理为指导，我们建立了一种将多硫化物浓度与动力学电流相关联的SRR动力学趋势。”

为了进一步研究SRR在高电流下的动力学趋势，研究人员还收集了同步辐射X射线吸附光谱测量结果，并进行了各种分子轨道计算。总的来说，他们的结果表明，基于过渡金属的催化剂的轨道占有率与电池中多硫化物的浓度有关，因此也与SRR动力学预测有关

基于他们描绘的动力学趋势，李、孟和他们的合作者设计了一种新的纳米复合电催化剂，该催化剂由碳基材料和CoZn团簇组成。然后，他们将这种催化剂集成到Li&ndash；S电池并测试了其性能，重点关注其充放电速率

研究人员写道：“当电催化剂用于硫基正极（硫负载量为5&shinsp；mg/thinsp；cm&sminus；2）时，相应的Li||S币形电池（电解质与硫的质量比为4.8）可以在8°；C（即13.4&shinsp，基于硫的质量为a&shinsp！gS&sminus！1）和25°；C下循环1000次。”

“该电池的放电容量保持率约为75%（最终放电容量为500&lhinsp；mAh<hinsp；gS&minus；1），对应于26120&lhinsp，W&lhinsp！kgS&minus1的初始比功率和1306<hinsp，Wh<hinsp！kgS&minus-1的比能量。”

总的来说，李、孟及其同事最近的研究表明，多硫化物浓度的增加促进了更快的SRR动力学；因此，提高多硫化物浓度的催化剂可以加速该反应。通过理论计算和实验测量验证了这一结果

基于他们的观察结果，研究人员已经引入了一种电催化剂，该催化剂被发现可以增强Li&ndash；S电池。在未来，他们的工作可能会启发其他有前途的催化剂的设计，有可能为开发新型高功率Li&ndash；S电池技术