电催化剂被广泛用于抑制锂硫（Li-S）电池中的穿梭效应。然而，在活性位点被固体放电产物Li2S/Li2S2覆盖后，探究电催化剂/LiPS界面上的硫氧化还原反应和机制仍然是一个挑战。
2024年11月4日，南京理工大学朱俊武教授、付永胜教授、弗里堡大学Ali Coskun教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Unveiling the autocatalytic growth of Li2S crystals at the solid-liquid interface in lithium-sulfur batteries》的研究论文。
在这里，作者证明了 Li2S (100) 平面在单原子镍（SANi）电催化剂上对多硫化锂的固有自催化活性。
根据理论模型和实验数据，作者得出LiPS在Li2S(100)平面上解离成Li2S2和短链LiPS的结论。随后，Li2S2在Li2S(100)表面上进一步锂化为Li2S，生成新的Li2S(100)层，从而能够自催化形成新的Li2S(100)表面。
受益于Li2S的自催化生长，电解液中LiPS的浓度保持在较低水平，这使得Li-S电池在高负载和低电解液条件下具有优异的电化学性能。
图1：电催化剂表面具有优先[100]取向的Li2S晶体生长和分解过程中的自催化转化机制示意图
图2：SANi上LiPS分子吸附、Li2S晶体成核和自生长的DFT计算
图3：Li−S电池中Li2S生长的形貌和结构表征
图4：电池中相变的表征
图5：特定放电/充电状态后阴极表面的非原位XPS分析
图6：使用SANi-CNTs/PP隔膜的电池的电化学性能
Wu, Z., Liu, M., He, W.et al. Unveiling the autocatalytic growth of Li2S crystals at the solid-liquid interface in lithium-sulfur batteries. Nat Commun 15, 9535 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53797-y
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