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提高锂硫电池性能的新型高活性单原子催化剂

研发家 | 2025-05-15

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员陈剑团队与研究员邓德会团队合作，在锂硫电池硫正极单原子催化剂研究方面取得新进展，合成了一种新型P配位单原子Fe催化剂，提高了锂硫电池的性能。相关成果发表在《先进功能材料》上。

锂硫电池因其高能量密度优势，被认为是下一代最具应用价值的二次电池之一。但硫正极在“固-液-固”转换反应过程中产生的多硫化锂中间体易溶解堆积，导致穿梭效应，降低锂硫电池的循环寿命。抑制上述穿梭效应的有效策略是在硫正极侧引入加速多硫化锂反应动力学的催化剂。

单原子催化剂具有原子利用率高、催化活性强、活性中心明确的优点，是研究硫正极催化转换反应的理想体系。在这项工作中，基于配位环境调控策略，团队在早期对硫正极金属催化剂和单原子催化剂的研究基础上，开发了N配位。(Fe-N4-C)单原子Fe催化剂与P配位(Fe-P4-C)。研究表明，Fe-在P4-C中，Fe的价格更高，与中间产物多硫化锂中的S形成更强的“Fe-S“相互作用。与Fe-N4相比，理论计算结果显示-C，Fe-P4-C活性中心显著降低了硫氧化反应速度控制步和硫化锂氧化反应的能垒。电化检测结果表明，Fe-在硫正极氧化还原反应中，P4-C活性中心表现出较高的反应电子数和催化活性。

在高硫载量、低液压比环境下，基于Fe-P4-C正极制备的锂硫电池完成了6.0 mAh面部容量/cm2，0.1C循环100圈后容量维持率为80.3%。

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