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由于鋰硫（Li-S）電池具有理論能量密度高、成本低和對環境無害等優點，因此被認為是最有希望滿足快速增長需求的儲能系統。

然而，元素硫和 Li₂S 之間復雜的多相多步轉換反應通常會導致緩慢的氧化還原動力學、可溶性多硫化鋰（LiPS）的穿梭以及鋰電池的鈍化，從而嚴重阻礙了Li-S 電池的發展、以及鋰負極因形成不穩定的電極/電解質界面而鈍化，所有這些都會導致非活性硫和非活性鋰（即所謂的 “死硫 “和 “死鋰”）的意外生成積累。

死硫的緩慢電化學轉化和副化學反應被認為是限制硫利用率的決定性因素，這與Li-S 電池的可逆容量較差相對應。

在此，河南大學肖助兵教授團隊挑戰了Li-S 電池中異質催化劑和均質催化劑的傳統觀點，提出了集成-異質催化的概念，即只需在Li-S 電池的傳統電解液中加入少量 ZnI₂，就能同時清除死硫和死鋰，彌補活性材料的硫和鋰損失。在集成異相催化的調節下，Li||Li對稱電池實現了超過 1300 小時的循環，顯示了 ZnI₂-摻雜電解液與鋰金屬的超強兼容性。

同時，在理論計算和實驗測試中，ZnI₂ 在促進死硫再利用方面顯示出良好的前景。實際上，在電解液匱乏和高負載的小軟包電池（5.0 μL mg^-1 和 5.2 mg cm^-2）中，ZnI₂ 實現了 1170 mAh g^-1 的高初始容量和良好的循環穩定性。

圖1. 對電池性能

總之，該工作針對Li-S 電化學的綜合問題，提出了一種集成異相催化方法，只需在Li-S 電池的傳統電解液中加入微量 ZnI₂（0.2 × 10^-3 M），即可同步清除死硫和死鋰。加入 ZnI₂ 后，I^–/I^3- 的氧化還原耦合有助于提高不溶性 Li₂S₂ 成分的利用率，緩解長鏈 LiPS 的穿梭，從而有效抑制死硫在正極區域的積累。另一方面，I^–/I^3- 的氧化還原耦合可實現穩定的鋰剝離/沉積過程，消除死鋰的積累，同時清除 SEI 中的非活性硫成分，從而使Li-S 系統具有綜合的異相催化效應。

由于集成-均相催化作用的這些優勢，具有實際相關參數（5.2 mg cm^-2和 5.0 μL mg^-1）的Li-S 電池具有良好的電化學性能。因此，集成-異構催化技術有望促進高能量Li-S 電池甚至其他堿金屬-硫電池的實際應用。

圖2. 全電池性能

Scavenging of “Dead Sulfur” and “Dead Lithium” Revealed by Integrated–Heterogeneous Catalysis for Advanced Lithium–Sulfur Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202306321

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河南大學肖助兵AFM：集成-多相催化清除“死硫”和“死鋰”助力先進鋰硫電池

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