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鋰硫電池的轉化反應動力學較差，這導致硫正極的容量利用率低，尤其是在低溫下。

中南大學吳飛翔、湖南大學柳斌等直接基于低成本和豐富的商業(yè)硫顆粒，采用低濃度電解液（LCE，0.1 m LiTFSI-DOL/DME+0.2 m LiNO₃）在低溫下加速鋰硫轉化反應，并證明了該方法的廣泛適用性。

吳飛翔/柳斌AFM：0.1 m低濃度電解液，助力-20°C低溫鋰硫電池！

圖1. 0 °C時不同倍率下的電化學循環(huán)性能

研究顯示，與傳統(tǒng)濃度（1.0 m）電解液相比，所提出的LCE可以實現(xiàn)快速動力學，特別是對于簡單的碳基硫正極中具有挑戰(zhàn)性的固-固反應過程。結果，采用0.1 m電解液的電池可以實現(xiàn)900(0.1C)、750(0.2C)和600(0.5C) mAh g^-1的容量，并顯示出更小的電壓滯后和更長的第二次放電平臺。對界面化學的進一步分析證明，通過自構建的低濃度效應，在負極和正極上都形成了由有機物質和一些有利的無機物主導的混合表面層。Li-S電池的原位EIS測量進一步證明，循環(huán)過程中0.1 m電解液中的SEI層電阻和電荷轉移電阻較小，短鏈多硫化物（Li₂S₂）在0.1 m電解液中的溶解度較低，從而抑制了多硫化物的穿梭。

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圖2. 在不同質量負載和0 °C下的電化學性能

因此，盡管在低溫環(huán)境中運行，Li-S電池仍顯示出更長的循環(huán)耐久性和更好的可逆容量。即使在零下溫度(-20°C)下，也能在0.2 C時實現(xiàn)600 mAh g^-1的高容量，并具有穩(wěn)定的容量保持率。考慮到這些積極效果和利用低濃度電解液降低的成本，這項工作有助于實現(xiàn)在低溫條件下具有優(yōu)異性能的更實用的Li-S電池。

此外，低濃度電解液可以同時實現(xiàn)高硫質量負載正極和低電解液用量。這些發(fā)現(xiàn)闡明了LCE在實現(xiàn)低溫Li-S電池更快動力學方面的作用，并為在極端條件下實現(xiàn)高性能Li-S電池提供了一種簡單、低成本且廣泛適用的途徑。

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圖3. -20℃下的性能

Low Concentration Electrolyte Enabling Cryogenic Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202205393

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