中国研究人员开发新型氧化还原介质 改善锂硫电池缓慢的反应动力学

中国研究人员开发新型氧化还原介质 改善锂硫电池缓慢的反应动力学

讯锂硫电池具有超高的理论能量密度，有潜力成为下一代储能设备。然而，由于硫氧化还原反应动力学缓慢，这种电池的正极严重受限，其实际能量密度似乎远低于理论值。据外媒报道，北京理工大学和清华大学的研究人员提出一种高效的氧化还原中介策略，有望推动锂硫电池的实际应用。

（图片来源：SpringerLink）

锂硫电池的高理论能量密度，来自于锂负极和硫正极之间的反应。在放电过程中，当化学能转化为电能时，硫溶解为多硫化锂，进一步溶解为固体硫化锂。然而，当这个转化过程发生时，动力学或化学反应速度相当缓慢。在恶劣的实际工作条件下，其速度会进一步放缓。

为了解决缓慢的动力学挑战，研究人员开发了一系列促进剂来推动电池的反应。在锂硫电池中，这类促进剂通常充当硫宿主或层间材料，旨在增强反应动力学。然后，即使用了促进剂，电池的性能还是会缓慢下降，因为固体硫化锂沉积物往往会积聚在电催化活性部位。通过进一步的研究，研究人员已经发现，在增强动力学方面，使用可溶性氧化还原介质是有效的。从化学上来看，这种氧化还原介质可以减少或氧化多硫化锂，并进一步在电极表面上再生。

以往研究证明，使用氧化还原介质是一种很有效的机制，可以解决微型钮扣电池中缓慢的动力学。为了适应功率更高的锂硫软包电池，需要开发一种先进的氧化还原介质。因此，该研究团队利用一种名为5,7,12,14-并五苯四酮（或PT）的有机分子，开发了一种氧化还原介质。在高能量密度锂硫软包电池中，这种介质将有助于促进硫氧化还原动力学。

这项工作为多硫化物还原提供了一种高效的氧化还原介质，能够增强动力学。同时，证实了复杂的氧化还原介质在实际高密度锂硫电池中的应用潜力。北京理工大学的研究人员李博权（Bo-Quan Li）表示：“具体而言，PT氧化还原介质提供了化学旁路，有助于将多硫化锂还原为硫化锂，从而降低反应阻力，提高沉积能力。”

为了全面调控正极硫氧化还原动力学，下一步研究人员将开发高度先进的氧化还原介质。借助于这类先进介质，通过电解质设计或启动锂宿主来保护锂金属负极，以实现高能量密度、长周期、低成本、高安全性的锂硫电池。