上海硅酸盐地点金属氟/硫基电池的界面催化和限域研讨中获得发展

跟着储能需求日益增长，根据嵌入机制的锂离子电池难以满意比如电动汽车和智能电网等长续航和大规模储能系统的功能要求。转化型氟/硫基正极经过活性中心的多电子搬运反响，可以突破单电子嵌入化学的捆绑，具有完成高比容量和高能量密度储能的潜质，例如：Li-FeF3和Li-FeS2的理论值可别离达712和894 mAh/g;1950和1671Wh/kg。但是，氟/硫基正极的耐久可逆转化反响遭到反响动力学迟平缓空间限域困难的阻止。

近来，我国科学院上海硅酸盐研究所研究员李驰麟团队联合我国工程物理研究院研究员崔艳华团队，提出界面氟化的战略，别离完成LiF和多硫物质的高效转化。

含内置锂源的LiF与贱价态金属氧化物(或金属氟化物或过渡金属单质)复合正极可经过自驱动的转化反响完成高比容量的输出，但LiF的充沛裂解一般需求匹配高充电电位(4.5–5.0 V)，然后导致电池的能量功率严峻受损(<80%)。为此，研究人员初次选用尖晶石型结构的NiFe2O4作为双活性中心宿主，经过脉冲激光堆积技能制备高氟化界面丰度的LiF/NiFe2O4纳米薄膜正极。广泛散布的三维LiF/NiFe2O4界面网络可以供给足够的氧化复原反响位点，加快LiF裂解/重构和NiFe2O4氟化/脱氟的反响动力学。因而，该含锂氟基正极在低充电截止电压(4.2V)下即可完成充沛的锂氟转化反响(赝电容储能奉献超越90%)，在统筹大比容量(~237mAh/g)和高能量功率(~88%)的一起，其优异的循环稳定性和倍率功能也处于已报导的预锂化氟基正极的最高水平。高催化活性NiFe2O4宿主资料匹配足量的氟化界面是开发商用LiF基预锂化转化正极的重要战略。相关研究效果以Low-Overpotential LiF Splitting in Lithiated Fluoride Conversion Cathode Catalyzed by Spinel Oxide为题，宣布在Advanced Functional Materials上。

多硫组分的空间限域和催化激活问题阻止着高比容量/能量密度硫系正极的深化使用。环绕该问题，科研人员提出Fe-S结构中心和氟化外表的新式组合构型，以完成FeS2@S双活性相正极的高效限域和转化。S-S组分和亲硫Fe-S结构中心之间的紧致贴合可增强内置吸附催化效应，而疏硫的氟化外表可以进一步按捺多硫活性物质的界面溶出。此外，导电FeS2晶粒的紧致堆垛合作氟化碳层的交联包裹强化了电子/离子传输网络的空间渗透性和连续性。亲硫/疏硫紧致构型的调制助力了S-S组分的空间限域和反响动力学的晋级，促进了双活性相的协同转化反响，赋予了FeS2@S正极的高可逆比容量(储锂和储钠别离可达1000 mAh/g和600 mAh/g)和稳定长循环(1 C倍率下储锂循环700圈和储钠循环1000圈后的比容量仍可别离保持在800 mAh/g和370 mAh/g，对应的正极能量密度别离可达1200 Wh/kg和480 Wh/kg)。这种用于确保S-S组分可继续高效使用的新式正极构型为转化型硫系金属电池的开展供给了一种可行战略。该效果以Tight bonding and high-efficiency utilization of S-S moieties to enable ultra-stable and high-capacity alkali-metal conversion batteries为题，宣布在Journal of Materials Chemistry A上。

相关研究工作得到国家重点研制方案、国家自然科学基金、上海市科技立异行动方案等的支撑。

图1.尖晶石结构NiFe2O4催化LiF高效裂解以助力耐久高效转化的氟基正极

图2.疏硫氟化外表和亲硫Fe-S结构中心的协同限域/激活效应确保多硫组分的耐久高效转化