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Angew. Chem. :抗癌药“顺铂”亦是优化Li-S电池性能的“良药”

基于硫的高天然丰度、高理论容量(1672 mAh g-1)和环境友好等优势,锂硫电池已成为新一代极具商业潜力的可充电锂电池之一。然而,锂硫电池正极硫还原反应(SRR)引发的多硫化锂(Li2Sx, x = 3-8)“穿梭效应”以及绝缘性Li2S2向Li2S的低转化率,将严重制约锂硫电池的实际容量和可逆性。如何克服SRR的固有“顽疾”,使S8高效转化为Li2S,一直是锂硫电池商业化应用的核心前提之一。


近日,中国科学院长春应用化学研究所逯乐慧研究员和何文辉研究员首次报道以抗癌药“顺铂”作为一剂“良药”(氧化还原添加剂和分子探针),引导SRR路径,进而显著优化锂硫电池的性能。

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图1  顺铂调控锂-硫电池SRR路径示意图

电化学和谱学研究表明:顺铂的平面四配位Pt2+离子,可提供两个电子,化学还原剪切Li2Sx中的S-S键,而其自身被氧化为含有两个轴向Sn2-(n = 2, 3)配体的六配位Pt4+,在放电过程中,Pt4+被电化学还原为Pt2+并形成Li2S2/Li2S。基于此,锂硫电池中动力学缓慢的SRR过程将被更快速的Pt2+/Pt4+的氧化还原反应所取代,进而加速Li2Sx向Li2S2/Li2S的转化过程。

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图2  顺铂调控LiPS转化机制

原位谱学研究表明:在顺铂的存在下,SRR将以S82- → S62-→ S3•- → Li2S2/Li2S的路径进行,这相比于传统路径(S82- → S42- → Li2S2)更快,有效缓解了LiPSs的穿梭效应。

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图3  原位Raman光谱探究SRR路径

顺铂的引入大幅提高了锂硫扣式电池的电荷转移动力学、倍率性能、循环稳定性、面积容量(5.61 mAh cm-2)及库仑效率,实现了1437 mAh g-1的最大比容量;在电解液/硫(E/S)比为2.5 μl mg-1的软包电池中实现了318.8 Wh kg-1的高能量密度,证明了其实际应用潜力。

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图4  引入顺铂前后锂硫电池的电化学性能表征

综上所述,该工作将顺铂作为一种新型分子调节剂引入锂硫电池体系,验证了通过调控SRR路径来优化锂硫电池性能的思路。该工作将为锂硫电池多功能调节剂的设计提供借鉴。

文信息

Steering Sulfur Reduction Pathways via Cisplatin Enables High Performance in Lithium-Sulfur Batteries

Qi Sun, Xiaoyan Ren, Chunhuan Jiang, Shunchao Ma, Wenhui He, Lehui Lu


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202403618


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