如何發展高能量密度的Li-S電池仍然是個巨大的挑戰。比如由于電解質容量的局限,導致貧電解液(電解質/硫的質量比<3)條件表現非常低的比容量和倍率性能。人們在以往的研究中發現高濃度多硫化物導致較低的放電電壓。但是人們對于貧電解液條件的電池過程仍缺乏理解和認識。
有鑒于此,美國阿貢國家實驗室Khalil Amine、Matthew Li等報道發現固態硫物種通過可逆的沉淀-再溶解過程RPSS(reversibly precipitated sulfur species)調控多留化物濃度。
本文要點
(1)
這種RPSS過程通過電池整體上的協同方式進行,而且作者通過阻抗譜能夠監測這種行為。
研究發現產生更多的RPSS過程,能夠產生更高的放電容量。作者認為高濃度的多硫化物導致產生過飽和現象,阻礙RPSS過程。
(2)
當使用低Li離子濃度的電解液和解離性較差的鋰鹽,能夠形成更多RPSS,最終在0.05 C倍率、電解液/硫的比例為2.5、室溫下得到>2.0 V的放電電壓。
參考文獻
Matthew Li*, Xiaozhou Huang, Chi Cheung Su, and Khalil Amine*, Concerted Formation of Reversibly Precipitated Sulfur Species and Its Importance for Lean Electrolyte Lithium–Sulfur Batteries, J. Am. Chem. Soc. 2024
DOI: 10.1021/jacs.4c05000
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c05000