中国科大团队锂硫电池研发获突破进展

中国科技网·科技日报合肥9月13日电（记者 吴长锋）记者从中国科学技术大学获悉，该校钱逸泰院士团队和王功名教授课题组通过实验和理论结合的方式，研究了金属钴基化合物在Li-S化学中的动力学行为，发现钴基化合物中阴离子的价电子的p能带中心相对费米能级的位置，是影响Li-S电池界面电子转移反应动力学性质的主要因素。该研究成果日前发表在Cell Press旗下的国际顶级能源材料期刊《焦耳》（Joule）杂志上。

锂硫（Li-S）电池因高理论比容量、能量密度以及低成本等优势而备受关注。但充放电过程中间产物多硫化锂的溶解引起穿梭效应，严重限制了其实际应用。为缓解该问题，目前主要通过添加各种碳材料及金属化合物来吸附多硫化锂。在实际应用中，不同金属化合物在提升Li-S电池性能方面表现出巨大差异。如何从微观层面揭示Li-S电池性能提升的宏观现象背后的本质原因以及存在的科学规律，成为该领域极具挑战性的工作。

科研人员通过对转化动力学性能的研究，发现制备的金属钴基化合物表现出完全不同的电化学动力学行为。在研究了一系列复合材料在Li-S电池中的电化学性能，发现了正极材料的极化现象最小，而且倍率性能也最好的钴基化合物载硫材料，甚至在摄40度条件下，相比当前已知的最高的功率密度提高近四倍。

DFT模拟结果以及同时电荷差分密度分析表明，通过尝试关联不同钴基化合物的阴离子价带的p能带中心位置与多硫化合物电化学转化的动力学性能，发现改变阴离子价电子的p能带中心相对费米能级的位置，能够有效调控界面电子转移反应动力学，从而成为影响Li-S化学动力学性能的主要因素。这一成果为锂硫电池电池应用研发将起到指导作用。