锂硫电池具有能量密度高、成本低等突出优点，已成为下一代电化学能源系统的研究热点之一，但其实际应用仍然受到诸多问题的阻碍。其中最主要的问题是由反应中间产物多硫化锂在电解液中的溶解和其氧化还原动力学迟缓，导致容量衰减和电池的功率特性较差。

近日，哈尔滨工业大学张乃庆教授（点击查看介绍）课题组在国际期刊ACS Nano 上发表论文，首次在锂硫电池正极中引入了BiOX（X=Cl，Br，I）一系列材料。BiOX中的金属Bi暴露在材料表面，层间的卤素原子的强的吸电子能力会降低Bi表面的电子云密度，这使得Bi的空轨道更容易接受来自多硫化物的电子，从而锚定多硫离子，有效地抑制多硫化锂的溶解。与此同时，BiOX可以催化能力加快多硫化锂的分解转化过程，提升反应动力学的效果明显。得益于以上协同作用优势，BiOCl/G-S在2C的电流密度下，经过2000次循环后，每个循环的平均容量衰减仅为0.007％。

BiOCl/G及BiOCl/G-S复合材料的合成示意图

BiOCl对多硫化锂的吸附性能测试

BiOCl的催化性能的分析

BiOCl/G-S的电化学性能

BiOCl/G-S在0.1C的电流密度下放电容量高达1414 mAh/g，并且在5C的电流密度下依旧可以保持在590 mAh/g。在2C的电流密度下循环2000次后，平均每次的容量衰减率低至0.007%。同时BiOBr/G-S和BiOI/G-S也表现出了优异的电化学性能，表明BiOX这一系列材料在固定和催化转化多硫化锂方面都具有很好的潜力。

这一成果近期发表在ACS Nano 上，文章的第一作者是哈尔滨工业大学博士研究生吴宪。

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A Class of Catalysts of BiOX (X = Cl, Br, I) for Anchoring Polysulfides and Accelerating Redox Reaction in Lithium Sulfur Batteries

Xian Wu, Nannan Liu, Maoxu Wang, Yue Qiu, Bin Guan, Da Tian, Zhikun Guo, Lishuang Fan, Naiqing Zhang

ACS Nano, 2019, 13, 13109-13115, DOI: 10.1021/acsnano.9b05908

导师介绍

张乃庆

https://www.x-mol.com/university/faculty/74210