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盡管鋰硫電池是有前途的下一代儲能系統，但其實際應用受到鋰枝晶生長和多硫化鋰穿梭的限制，這些問題可通過使用單原子催化劑（SACs）來緩解。SACs具有最大的原子利用效率（~100%）和獨特的催化性能，從而有效地提高了電極材料在儲能裝置中的性能。

在此，中國科學技術大學余彥教授、華南理工大學劉軍教授等人研究了該領域的最新進展，包括對該機制的分析和討論到影響SACs活性的因素和制備策略等。SACs可以極大地加速緩慢的相轉移反應并阻礙可溶性LiPS的穿梭及鋰枝晶的形成，以實現高CE和長期可循環性。具體來說，當用作鋰金屬負極的主體材料時，具有許多孤立親鋰位點的SAC會降低成核過電位。

此外，SACs的內在活性不僅促進了Li⁺擴散，還有助于S物種的轉化。SACs的柔性基底可以緩解Li負極和S正極在重復充放電過程中的體積變化，而SACs對LiPSs的優異吸附能力有助于減少活性S材料的損失，提高S的利用率。此外，輕質SAC在用作隔膜和夾層組件時還可以降低電池的整體質量從而提高能量密度，SACs在其他金屬-S電池中的進一步開發也得到了擴展。

圖1. SACs在鋰硫電池中的功能作用及最新進展

最后，作者強調了SAC在鋰硫電池中使用的挑戰和未來的研究方向：

（1）由于其高表面能，穩定和高負載的SAC仍然難以制備。因此，有必要建立通用、低成本的合成工藝以實現高負載量SACs并促進其商業化。

（2）需要開發新的輔助材料，各種雜原子的開發和配位結構的富集可用于構建高活性的SACs。

（3）開發更先進的原位表征方法和深入了解催化機制，將為制定有效的SAC優化指南和Li-S電池的商業化鋪平道路。

（4）鋰硫電池未來的商業化應考慮活性材料質量和電解液/S比等關鍵因素。

圖2. SAC在鋰硫電池中的應用目標和挑戰

Advances in the Development of Single-Atom Catalysts for High-Energy-Density Lithium-Sulfur Batteries, Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202200102

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余彥/劉軍AM綜述: 高能量密度鋰硫電池單原子催化劑的開發進展

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