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Li-S電池正極中發(fā)生的氧化還原反應隱藏了各種關(guān)鍵的電催化過程，這些過程強烈影響著這種電化學儲能系統(tǒng)的性能。

廈門大學陳嘉嘉、董全峰等報道了一種單分散分子簇催化劑復合材料（{Co₄W₁₈}/rGO）的開發(fā)，該復合物由多金屬氧酸鹽骨架([Co₄(PW₉O₃₄)₂]^10-)和多層還原氧化石墨烯組成。

圖1 {Co₄W₁₈}/rGO的制備和表征

脫水的{Co₄W₁₈}簇可以暴露不飽和鈷原子并增強多硫化物吸附，這會將多硫化物（LiPSs）轉(zhuǎn)化的活化能從原始rGO中的0.55eV降低到{Co₄W₁₈}/rGO中的0.3eV。

此外，與{Co₄W₁₈}和rGO的物理混合物相比，{Co₄W₁₈}/rGO復合材料由于暴露出豐富的活性位點，可以實現(xiàn)更均勻的Li₂S沉積并降低其活化勢壘。因此，{Co₄W₁₈}/rGO復合材料表現(xiàn)出雙功能催化效應，可促進LiPSs和不溶性Li₂S之間的快速轉(zhuǎn)化。

圖2 Li₂S沉積和氧化的雙功能催化行為

結(jié)果，在Li-S紐扣全電池配置中進行測試時，該復合材料允許Li-S電池的長期循環(huán)，在2 C（即 3.36 A g^-1）下1000次循環(huán)后，每個循環(huán)的容量衰減為0.015%。

而且在硫負載量為5.6 mg cm^-2、E/S比為4.5 μL mg^-1時，也可實現(xiàn)4.55 mAh cm^-2的面積容量。此外，采用雙功能電催化劑測試的Li-S軟包電池在3.6 mg cm^-2的硫負載、5 μL mg^?1的E/S和0.2 C下循環(huán)100次后的比容量約為800 mAh g^-1。

圖3 基于各種硫正極的Li-S電池的電化學性能

Single-dispersed polyoxometalate clusters embedded on multilayer graphene as a bifunctional electrocatalyst for efficient Li-S batteries. Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-021-27866-5

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廈大陳嘉嘉/董全峰Nat. Commun.：用于高效鋰硫電池的雙功能電催化劑！

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