【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】堿金屬電池(AMBs)因其高能量密度，被視為能源存儲(chǔ)領(lǐng)域中一個(gè)充滿希望且可持續(xù)發(fā)展的解決方案。盡管如此，這些電池的研究與發(fā)展進(jìn)程卻因枝晶生長(zhǎng)和難以控制的鍍層行為而受阻，這些問題通常源于界面離子或原子的無序分布和相關(guān)的高能勢(shì)壘。不同于傳統(tǒng)的界面工程和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，新興的催化調(diào)制技術(shù)被提出以克服這些挑戰(zhàn)，旨在實(shí)現(xiàn)堿金屬的均勻成核和原子級(jí)擴(kuò)散。在眾多催化劑中，單原子催化劑(SACs)以其接近100%的原子利用率脫穎而出，展現(xiàn)出卓越的原子級(jí)催化能力和效率。盡管仍處于早期階段，SACs在調(diào)節(jié)堿金屬離子/原子脫溶或擴(kuò)散方面的應(yīng)用在基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用中顯示出巨大潛力。
 

　　近日，哈爾濱理工大學(xué)李會(huì)華副教授與張皝教授聯(lián)合德國(guó)亥姆霍茲烏爾姆研究所王健博士和中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所藺洪振研究員結(jié)合近年來在堿金屬電池領(lǐng)域的系列進(jìn)展，從單原子催化調(diào)控堿金屬電極工作機(jī)制的角度出發(fā)，對(duì)單原子催化劑在堿金屬電池領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述和展望，并強(qiáng)調(diào)了基于SACs的未來關(guān)鍵電池化學(xué)和材料選擇的可持續(xù)路徑，以及實(shí)現(xiàn)高性能堿金屬陽極的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。該成果以 Prospects of single atom catalysts for dendrite-free alkali metal batteries 為題，發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)期刊Green Chemistry期刊上，并入選為期刊封底文章。
 

　　當(dāng)溫度下降到零度以下，有機(jī)電解液凝固，形成較大的溶劑化鞘層和較高的Li+擴(kuò)散的能壘導(dǎo)致多硫化鋰(LiPSs)轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)極其緩慢。當(dāng)前的解決策略主要通過電解質(zhì)工程改變電解液成分，調(diào)節(jié)電解質(zhì)的凝固點(diǎn)，或者通過多孔結(jié)構(gòu)物理篩分去除溶劑化鞘層。事實(shí)上，低溫下溶劑化Li+去溶劑化面臨較高的勢(shì)壘，這些方法均不能有效降低低溫環(huán)境下Li+的去溶劑化勢(shì)壘，不能脫出充足的自由Li+提升多硫化鋰的轉(zhuǎn)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。采用電催化劑降低能壘有望促進(jìn)界面Li+動(dòng)力學(xué)。近期，通過電子離域工程來調(diào)整催化劑的電子密度，是增加催化位點(diǎn)的數(shù)量，產(chǎn)生更高密度的自由離域電子用于轉(zhuǎn)化反應(yīng)的有效方法。在金屬基催化劑中引入缺陷是離域中心原子電子軌道，引發(fā)豐富的結(jié)構(gòu)畸變，提高催化效率的一種有效途徑。然而，這種離域型電子結(jié)構(gòu)是否能有效降低低溫下Li+去溶劑化劑傳輸勢(shì)壘促進(jìn)LiPSs氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究尚不清楚。因此，迫切需要構(gòu)建具有電子離域可調(diào)性的催化劑，以提高低溫鋰硫電池的硫利用率和電化學(xué)性能。
 

　　基于此，西安理工大學(xué)張靜博士聯(lián)合德國(guó)亥姆霍茲烏爾姆研究所王健博士和中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所藺洪振研究員，受邀針對(duì)低溫鋰硫電池中Li+擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)緩慢導(dǎo)致多硫化鋰轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)極差的迫切問題，提出了在低溫鋰硫電池中利用電子離域重構(gòu)高活性催化位點(diǎn)的電子離域策略，加強(qiáng)釩氧化物催化劑和硫物質(zhì)之間的電子雜化，促進(jìn)Li+在低溫下的界面?zhèn)鬏攧?dòng)力學(xué)，獲得快速的硫氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。在多孔碳網(wǎng)絡(luò)上錨定的三氧化釩上引入氧缺陷(ODVO@PCN)，產(chǎn)生電子離域效應(yīng)提升催化劑的催化活性，催化降低Li+去溶劑化勢(shì)壘，提升硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，實(shí)現(xiàn)了-10°C下的穩(wěn)定循環(huán)及85%的高容量保持率。該成果以 Electron-Delocalization Catalyzer for High Performance Low-temperature Li-S Batteries 為題，發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)期刊Chemical Communications上。
 

　　以上聯(lián)合工作受到江蘇省自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)博士項(xiàng)目、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目項(xiàng)目及德國(guó)洪堡基金等基金項(xiàng)目支持，得到了中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所Nano-X的表征技術(shù)支持。