近日，河南大学赵勇教授团队与浙江大学陆俊教授联手，在锂硫（Li-S）电池性能提升的研究中取得了重大突破。他们的研究成果解决了长期以来困扰锂硫电池发展的关键问题，有望对能源存储行业和社会经济发展产生深远影响。

锂硫电池由于其高理论能量密度、低成本和环保等优点备受关注。然而，由于硫和硫化锂的物理电子绝缘性，导致电极与活性物质之间的电子转移受限，严重影响了电池的反应速率和稳定性，尤其是在高硫负载条件下。

为解决这一问题，河南大学与浙江大学的研究团队开发了一种新型的半醌双功能液相催化剂——2-叔丁基-半蒽醌锂（Li+TBAQ•−）。该催化剂的独特之处在于，它能同时作为电子供体和受体进行S还原和Li2S氧化。在初始充放电状态下，Li+TBAQ•−能够有效活化固体S和Li2S，增加可溶性多硫化锂（LiPSs）的数量，从而通过液相电子转移路径大大促进固-液-固反应速率。

高S载量和低E/S比条件下S↔Li2S相互转换反应示意图。a.传统有限的远程电子转移能力构建的固-液-固（SLS）反应路径；b.半醌（TBAQ•−）作为液相双功能催化剂促进长程电子转移能力的SLS反应途径。

Li+TBAQ•−参与的S还原和Li2S氧化的电化学反应途径。a.电化学S还原反应方程及反应途径示意图; b.电化学Li2S氧化反应方程及反应途径示意图。

实验结果显示，在7.0mgcm-2的高S负载和电流密度为1C的条件下，含有TBAQ•−的锂硫电池的硫利用率提高了5倍以上。这一显著提升的数据有力证明了新型催化剂的有效性。

锂硫电池在1C下，硫负载约为7.0毫克厘米-2的情况下，存在/不存在Li+TBAQ•−时的恒流充放电特性曲线（第二个循环为0.1C激活）

目前，这项研究成果正处于发展阶段，尽管已经取得了重要突破，但仍存在一些待解决的问题，如进一步优化催化剂的性能，提高其在实际应用中的稳定性和寿命等。

这项研究成果不仅有望推动锂硫电池的实际应用，还有可能拓展到其他领域。例如，类似的液相催化机制可能在其他类型的电池系统，甚至是能源转换和储存系统中发挥作用。此外，随着锂硫电池性能的提升，其在电动汽车、电网储能以及便携式电子设备等领域的应用潜力将得到更大释放。

参考资料

Accelerating S↔Li2S Reactions in Li–S Batteries through Activation of S/Li2S with a Bifunctional Semiquinone Catalyst

Xuebing Zhu, Tengfei Bian, Xiaosheng Song, Mengting Zheng, Zhengyuan Shen, Zewen Liu, Zhijie Guo, Jinling He, Zaiping Zeng, Feng Bai, Liping Wen, Shanqing Zhang, Jun Lu, Yong Zhao

https://doi.org/10.1002/anie.202315087