锂硫电池由于具有高的理论能量密度而有望发展成为下一代储能设备。然而,阴极型控制机制电池系统中所需的高电解质/硫比例和严重的多硫化物穿梭效应严重阻碍锂硫电池的的实际应用。对于实现高比能量的锂硫电池来说,降低电解液的用量,延缓多硫化物的穿梭是至关重要的。

近日,国际重要学术期刊J. Mater. Chem. A (影响因子: 9.931)报道了陈曼芳博士在锂硫电池研究方面的最新进展(M. Chen, C. Huang, Y. Li, S. Jiang, P. Zeng, G. Chen, H. Shu, H. Liu, Z. Li and X. Wang, J. Mater. Chem. A, 2019, DOI:10.1039/C9TA01500K)。钙钛矿型快离子导体La0.56Li0.33TiO3 (LLTO)被首次用作多硫化物的吸附剂和多硫化物转化的催化剂。经证实,LLTO具有较高的离子电导率 (2.94×10-4 S cm-1),并且能够作为贫电解液条件下多硫化物转换的高效电催化剂。LLTO中亲硫(O)位和亲硫化物(Ti)位的共存能使其与聚硫化物形成良好的界面亲和力。因此,包含LLTO的锂硫电池可以有效地降低电解质/活性物质的比例,加速了反应动力学,抑制了多硫化物的穿梭,显著降低充放电过程的过电位,提高锂硫电池的倍率性能和循环性能。
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图1 (a) XRD图谱,(b) 扫描电镜图像,(c) 粒度分布,(d) N2吸附等温线,(E) 孔径分布,(F) LLTO的EIS测试。

图2 (a) LLTO和CNT的紫外-可见光谱(插图:LLTO和CNT在DOL/DME溶液中捕获的5 mmol L-1 Li2S6的数字图像);(b) 对称电池的循环伏安图;用CNT@PP(上)和LLTO@PP(底部)分离器进行渗透试验

图3 (a) La 3d,(b) O1s,(c) LLTO-Li2S6和LLTO的Ti 2p XPS谱,(d) LLTO-Li2S6的S 2p XPS谱。

图4 (a) 0.4 mA cm-2和(b) 0.8 mA cm-2的循环稳定性;(c) 充放电曲线;(d) LLTO-7/CNT/S和CNT/S在贫电解质条件(E/S = 7 μLE mg-1S)下的平均滞后电压。

图5 LLTO-10/CNT/S在(a) E/S=5 μLE mg-1S,(b) e/s=6 μLE mg-1S下的循环性能,(c) 在不同电流密度下的充放电电压曲线和(d) LLTO-10/CNT/S电极的滞后电压。

图6 (a) 高硫质量负载下的倍率性能,(b) 循环性能(插图:发光二极管灯),(c) 在大电流密度下所制备的电极的循环性能。