鋰硫(Li-S)電池被認(rèn)為是下一代鋰電池最有前途的替代品之一。然而,多硫化鋰的溶解和穿梭導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性和庫(kù)侖效率降低,嚴(yán)重阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。為此,華中科技大學(xué)王成亮教授等人提出了一種策略,即通過添加特殊添加劑原位合成不溶性有機(jī)多硫化物以同時(shí)促進(jìn)氧化還原動(dòng)力學(xué)和抑制多硫化鋰的穿梭。受之前報(bào)道工作的啟發(fā),添加劑與鋰鹽陰離子或溶劑分子之間的弱分子間相互作用可以調(diào)節(jié)鋰溶劑化鞘,這里作者選擇了1,3,5-三甲酰間苯三酚(TFP)作為添加劑與多硫化物陰離子相互作用。研究表明,添加TFP導(dǎo)致形成了不溶性有機(jī)多硫化物,這些有機(jī)多硫化物呈納米顆粒聚集體的形式且能夠吸附未轉(zhuǎn)化的多硫化鋰。因此,該有機(jī)多硫化物可以有效地在空間上抑制多硫化鋰的穿梭效應(yīng)。此外,有機(jī)多硫化物作為活性氧化還原介質(zhì),顯示出比多硫化鋰更快的S化學(xué)氧化還原動(dòng)力學(xué)。圖1. 不溶性有機(jī)多硫化物對(duì)多硫化鋰的吸附通過對(duì)穿梭效應(yīng)的有效空間抑制和對(duì)S化學(xué)氧化還原動(dòng)力學(xué)的充分調(diào)節(jié),當(dāng)S正極中添加50 wt %的TFP時(shí),其初始容量高于沒有TFP的正極(1219 vs 1134 mAh g-1)。結(jié)果證實(shí),通過S-S鍵的斷裂和重組形成的有機(jī)多硫化物仍然具有電化學(xué)活性,因此基于TFP的正極表現(xiàn)出超過300次循環(huán)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性,CE為 99.59%,容量為847.6 mAh g-1。甚至,將電解液/硫(E/S)比降低至5 μL mg-1并將硫負(fù)載量提高至3 mg cm-2時(shí),基于TFP的Li-S電池在0.2 C的電流密度下40次循環(huán)后顯示出877.6 mAh g-1的高容量,并且在超過150次循環(huán)后具有87.3%的高容量保持率。這項(xiàng)研究證明了一種通過不溶性有機(jī)多硫化物氧化還原介體實(shí)現(xiàn)高效空間和動(dòng)力學(xué)共調(diào)節(jié)的方法,并闡明了鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用。圖2. 含TFP的Li-S電池的電化學(xué)性能In Situ Synthesis of Organopolysulfides Enabling Spatial and Kinetic Co-Mediation of Sulfur Chemistry, ACSNano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c01390