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鋰硫電池是鋰電池的一種。典型的鋰硫電池一般采用單質(zhì)硫作為正極，金屬鋰片作為負極，它的反應機理不同于鋰離子電池的離子脫嵌機理，而是電化學機理。單質(zhì)硫在地球中儲量豐富，具有價格低廉、環(huán)境友好等特點。利用硫作為正極材料的鋰硫電池，與商業(yè)上廣泛應用的鈷酸鋰電池相比，其材料理論比容量和電池理論比能量較高，在替代鋰離子電池的新一代電化學儲能體系中極具競爭力。

硫化鋰的絕緣性導致了電化學過程需要克服較高反應活化能；電化學過程中硫化鋰形成是平面生長，造成了電極表面的快速鈍化，從而導致硫化鋰的沉積/解離過程，動力學緩慢和效率低。

近年來，過渡金屬基催化劑用于硫正極可有效降低反應能壘，促進電荷轉(zhuǎn)移，提高活性物質(zhì)的利用率，但放電過程中，產(chǎn)物硫化鋰會覆蓋催化位點，降低后續(xù)反應的電催化活性。電池體系中催化劑誘導的反應物(產(chǎn)物)的導電屬性變化對性能的影響，尚未得到充分的認識和研究。

中國科學院金屬研究所(以下簡稱金屬所)科研人員在前期高效鋰硫電池催化劑研究的基礎上，提出了篩選鋰硫電池催化劑的新策略?？蒲腥藛T通過誘導吸附于催化劑表面的硫化鋰的電子結(jié)構(gòu) “絕緣-金屬性”轉(zhuǎn)變，使被硫化鋰覆蓋的催化位點仍可作為電化學反應的界面，從而實現(xiàn)高的硫化鋰沉積/解離效率。通過第一性原理計算，科研人員篩選出單原子銅催化劑作為模型催化劑，反應界面快速的電荷轉(zhuǎn)移實現(xiàn)了硫化鋰由二維平面生長到三維球狀團簇生長的轉(zhuǎn)變。催化劑誘導的硫化鋰電子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變使鋰硫電池中催化位點的催化效率得到顯著提高，在高硫負載下獲得了優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能。

上述工作以鋰硫電池體系為例，研究了催化劑誘導的電化學反應過程產(chǎn)物電子態(tài)變化所帶來的影響，為發(fā)展復雜反應過程和電池體系的高效電催化劑提供了新的研究思路。

相關(guān)研究成果Electronic structure adjustment of lithium sulfide by a single-atom copper catalyst toward high-rate lithium-sulfur batteries于近日發(fā)表于《儲能材料》(Energy Storage Materials)。

關(guān)鍵詞： 鋰離子電池 平面生長 電化學反應