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北京理工大學(xué)，ACS Energy Letters：重新激活不活躍的鋰實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)循環(huán)鋰-硫電池

鋰-硫電池因其較高的理論能量密度和較低的原材料成本被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的下一代電池體系。其中，高能量密度鋰硫電池雖很有吸引力，但由于循環(huán)壽命短而受到阻礙。非活性鋰的形成和積累會(huì)降低電池的穩(wěn)定性。

在此，北京理工大學(xué)張學(xué)強(qiáng)團(tuán)隊(duì)提出了一種苯乙胺（PEA）添加劑。研究顯示，其可以在不犧牲電池庫(kù)侖效率（CE）的情況下，通過封裝多硫化鋰電解質(zhì)（EPSE）來重新激活鋰硫電池中的非活性鋰。

其中，PEA在負(fù)極側(cè)與惰性Li反應(yīng)生成還原態(tài)的有機(jī)多硫化物R-LiPEA，隨后與S正極反應(yīng)生成氧化態(tài)的O-LiPEA。R-LiPEA 和 O-LiPEA 參與氧化還原循環(huán)，重新激活電池中積累的非活性鋰。

結(jié)果顯示，與基于不含PEA的EPSE相比，EPSE中添加PEA的鋰硫電池在苛刻條件下可實(shí)現(xiàn)185次循環(huán)，并且保持具有96%的CE。

圖1. PEA的工作機(jī)制探究

總之，該工作通過在 EPSE 中引入 PEA 添加劑重新激活和回收 Li-S 電池中的非活性Li。研究顯示， PEA 可與Li 和 S 正極發(fā)生反應(yīng)，形成 O-LiPEA 和 R-LiPEA。這些有機(jī)多硫化物參與氧化還原循環(huán)，以重新激活和回收電池中產(chǎn)生和積累的非活性鋰，從而延長(zhǎng)鋰-硫電池的循環(huán)壽命。基于此，采用該電解質(zhì)的鋰硫電池可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的電池性能。因此，該工作為先進(jìn)鋰-硫電池的商業(yè)化應(yīng)用提出了一種有前景的策略。

圖2. 鋰-硫電池的電化學(xué)性能

Long-Cycling Lithium–Sulfur Batteries Enabled by Reactivating Inactive Lithium,?ACS Energy Letters?2024 DOI: 10.1021/acsenergylett.4c03177

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