纳米电催化
长三角G60激光联盟导读
澳大利亚科学家开展的一项新研究表明，下一代锂硫电池有望在5分钟内完成充电，而不像目前这样需要数小时。这一突破有可能彻底改变储能技术，推动高性能电池系统的发展，为消费电子产品和电网应用储能系统提供性能更好的电力解决方案。相关论文发表于最新出版的《自然·纳米技术》杂志。
阿德莱德大学团队研究了硫还原反应（SRR），这是控制锂电池充放电速率的关键过程。他们对SRR过程中各种碳基过渡金属电催化剂，包括铁、钴、镍、铜、锌等开展了深入分析。结果显示，SRR反应的速率随着多硫化物浓度的升高而增加，因为多硫化物在SRR过程中起反应中间体的作用。
团队在此基础上设计了一种纳米复合电催化剂，包括碳材料和钴锌（CoZn）团簇。研究表明，将电催化剂CoZn用于锂硫电池时，所得电池的功率重量比高达26120瓦/公斤。这表明，未来的锂硫电池能在不到5分钟的时间完全充电/放电。
高功率锂硫电池可用于为手机、笔记本电脑和电动汽车提供电力，但目前最先进的锂硫电池存在充放电速率低的问题，完成一次充电可能需要数小时。最新研究是首个解决锂硫电池充/放电速率慢问题的综合方法，有可能彻底改变储能技术，推动高性能电池系统的发展。
图1:勒夏特列原理在锂硫电池中的应用。
图2:SRR动力学趋势的发展。
图3:SRR动力学与多硫化物浓度的关系。
图4:多硫化物浓度与催化剂分子轨道的关系。
图5:改善锂硫电池SRR动力学的电催化剂设计。
图6:高功率锂硫电池的电化学测试。
来源：科技日报
图源：Nature Nanotechnology
论文链接：
Li, H., Meng, R., Ye, C. et al. Developing high-power Li||S batteries via transition metal/carbon nanocomposite electrocatalyst engineering. Nat. Nanotechnol. (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01614-4
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