鋰硫電池具有超高的理論能量密度，有潛力成為下一代儲能設備。然而，由于硫氧化還原反應動力學緩慢，這種電池的正極嚴重受限，其實際能量密度似乎遠低于理論值。據外媒報道，北京理工大學和清華大學的研究人員提出一種高效的氧化還原中介策略，有望推動鋰硫電池的實際應用。

（圖片來源：SpringerLink）

 

       鋰硫電池的高理論能量密度，來自于鋰負極和硫正極之間的反應。在放電過程中，當化學能轉化為電能時，硫溶解為多硫化鋰，進一步溶解為固體硫化鋰。然而，當這個轉化過程發生時，動力學或化學反應速度相當緩慢。在惡劣的實際工作條件下，其速度會進一步放緩。

 

       為了解決緩慢的動力學挑戰，研究人員開發了一系列促進劑來推動電池的反應。在鋰硫電池中，這類促進劑通常充當硫宿主或層間材料，旨在增強反應動力學。然后，即使用了促進劑，電池的性能還是會緩慢下降，因為固體硫化鋰沉積物往往會積聚在電催化活性部位。通過進一步的研究，研究人員已經發現，在增強動力學方面，使用可溶性氧化還原介質是有效的。從化學上來看，這種氧化還原介質可以減少或氧化多硫化鋰，并進一步在電極表面上再生。

 

       以往研究證明，使用氧化還原介質是一種很有效的機制，可以解決微型鈕扣電池中緩慢的動力學。為了適應功率更高的鋰硫軟包電池，需要開發一種先進的氧化還原介質。因此，該研究團隊利用一種名為5,7,12,14-并五苯四酮（或PT）的有機分子，開發了一種氧化還原介質。在高能量密度鋰硫軟包電池中，這種介質將有助于促進硫氧化還原動力學。

 

       這項工作為多硫化物還原提供了一種高效的氧化還原介質，能夠增強動力學。同時，證實了復雜的氧化還原介質在實際高密度鋰硫電池中的應用潛力。北京理工大學的研究人員李博權（Bo-Quan Li）表示：“具體而言，PT氧化還原介質提供了化學旁路，有助于將多硫化鋰還原為硫化鋰，從而降低反應阻力，提高沉積能力。”

 

       為了全面調控正極硫氧化還原動力學，下一步研究人員將開發高度先進的氧化還原介質。借助于這類先進介質，通過電解質設計或啟動鋰宿主來保護鋰金屬負極，以實現高能量密度、長周期、低成本、高安全性的鋰硫電池。