西安交大化學學院本科畢設成果

“接力式鋰硫電池催化劑”發表于

儲能領域重要期刊

鋰硫電池憑借其高能量密度和低成本，被視為最具潛力的下一代二次電池之一。然而，在充放電循環過程中，多硫化鋰中間體的轉化動力學緩慢，嚴重阻礙了其實際應用。受電催化領域的啟發，在鋰硫電池中引入催化劑，可有效加速多硫化物向硫化鋰的轉化過程，抑制穿梭效應，從而顯著減緩容量衰減。盡管目前已開發出多種催化劑，但多硫化物的催化轉化機制仍不夠明確。設計鋰硫電池催化劑時，需綜合考慮多硫化物的吸附、催化轉化以及硫化鋰的生成等多個方面的平衡，以確保催化反應的有效性。因此，深化對鋰硫電池催化機制的理解，并據此進行合理的催化劑設計，對于推動鋰硫電池的發展至關重要。

在此背景下，郗凱教授指導的2023屆本科生羅寒非的本科畢設，提出并驗證了一種接力式催化劑設計策略，以加速鋰硫電池的硫還原轉化過程。該研究設計合成了FAU-Bi2O3催化劑，每個組分均經過定制，以優化催化過程的不同階段。其中，FAU分子篩憑借其豐富的微孔結構，有效捕獲并引導多硫化物擴散至Bi2O3界面，隨后通過Bi2O3催化位點促進快速轉化，提高反應動力學。此外，將該催化劑集成到商用隔膜上，不僅提升了電化學性能，還賦予隔膜優異的阻燃性。這項研究為理解鋰硫電池的催化過程和催化劑設計提供了新思路。

該成果以“接力式催化劑用于加速多硫化鋰轉化動力學和實現長壽命鋰硫電池”（Relay catalyst for accelerating lithium polysulfide conversion kinetics and long-life lithium sulfur batteries）為題發表在《納米能源》（Nano Energy）期刊上。此外，研究內容已經申請國家發明專利。此成果展現了化學學院本科生在儲能領域的科研潛力和創新能力，同時也反映了學院在本科生科研培養方面的積極成效。

該研究得到了國家自然科學基金重大研究計劃、面上項目及陜西省秦創原創新人才計劃等項目的資助。論文的表征分析得到了西安交通大學國家儲能技術產教融合平臺和西安交通大學分析測試共享中心的大力支持。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.110896

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來源：西安交大化學學院