Китайский Сианьский университет Цзяотун разработал новый катализатор для литий-серных аккумуляторов с плотностью энергии 418,6 Вт·ч/кг

Репортаж от Wedoany，Команда профессора Си Кая из Сианьского университета Цзяотун (Китай) разработала новый катализатор с электронно-закреплённым интерфейсом, который значительно ускоряет эффективность твердофазного превращения в литий-серных аккумуляторах в условиях обеднённого электролита. Собранный мягкий аккумулятор ёмкостью 3,6 А·ч достиг плотности энергии 418,6 Вт·ч·кг⁻¹.

Литий-серные аккумуляторы считаются важным кандидатом для технологий хранения энергии следующего поколения благодаря высокой теоретической плотности энергии, низкой стоимости и экологичности. Однако при ключевом для промышленной реализации высокой плотности энергии — в условиях обеднённого электролита — остро проявляется проблема замедленной кинетики реакции восстановления серы, особенно высокий энергетический барьер и задержка реакции на этапе твердофазного превращения LiS в Li₂S, что приводит к накоплению полисульфидов, блокировке активных центров, низкой утилизации серы и ухудшению циклической стабильности, ограничивая масштабное применение.

Для решения этой проблемы команда профессора Си Кая из Химического колледжа Сианьского университета Цзяотун предложила стратегию инженерии электронно-закреплённого интерфейса, точно создав новую каталитическую систему, сочетающую дальний порядок и локальный беспорядок. Путём модификации аморфных нанодоменов и тонкой настройки локальной электронной структуры команда построила градиентные упорядоченные активные центры и разработала катализатор с электронно-закреплённым интерфейсом a-FeOOH@Fe/AlOx (EPIC). Этот катализатор, основанный на многоуровневых электронных взаимодействиях, обеспечивает каталитическое усиление. Его уникальная структура формирует эффективные проводящие пути и градиентные электронодонорные свойства, успешно развязывая процесс реакции восстановления серы и значительно ускоряя эффективность твердофазного превращения в условиях обеднённого электролита.

Соответствующие результаты исследования опубликованы в журнале по материаловедению «Advanced Materials» под названием «Построение высокоэнергетических литий-серных аккумуляторов на основе инженерии электронно-закреплённого интерфейса для ускорения кинетики твердофазного превращения». Ассистент профессора Химического колледжа Цзинь Ли, докторанты Цзинь Чжэнцянь и Дэн Тэн являются соавторами первого ранга, профессор Си Кай — автор-корреспондент, а Сианьский университет Цзяотун — единственное корреспондирующее учреждение. Работа получила руководство от профессора Р. Вазанта Кумара из Кембриджского университета, профессора Лу Пимина из Нанкинского университета, профессора Пан Цюаньцюаня из Пекинского университета, профессора Фу Юнчжу из Чжэнчжоуского университета и других экспертов, а также финансирование от Национального фонда естественных наук Китая (проекты в рамках крупной исследовательской программы «За пределами традиционных аккумуляторных систем» и общие проекты), Молодёжного фонда Национального фонда естественных наук Китая, Постдокторского общего фонда Китая, Молодёжного фонда провинции Шэньси, Инновационного кадрового плана Циньчуанъюань провинции Шэньси и других проектов.