10月4日消息，清华大学、浙江大学和深圳大学等团队在《Advanced Materials》发表锂硫电池催化机制研究，提出金属硫化物催化剂中的硫空位能够介导外部多硫化物与催化剂晶格硫之间的动态交换。研究以Bi2S3为模型催化剂，利用³⁴S同位素标记追踪循环过程中的硫迁移、嵌入和局部重构，为硫电极催化剂的理性设计提供了界面反应机制。

研究团队通过调节硫空位浓度，建立了硫空位密度、硫交换程度和硫转化催化行为之间的关联。富硫空位Bi2S3使电化学可接触界面面积接近翻倍，双电层电容由1.04 mF/cm²增至2.18 mF/cm²，硫交换比例由0.71%提高至1.05%。这些结果表明，硫空位并不是静态缺陷，而是参与硫物种迁移和反应重构的动态中心。

在反应动力学方面，富硫空位催化剂加快了Li2S的成核与沉淀，使Li2S形成的表观能垒由0.352 eV降至0.179 eV，同时抑制极化和阻抗增长。对于锂硫电池而言，硫的绝缘性、多硫化物穿梭以及充放电过程中的沉积动力学，是影响实际能量密度和循环表现的关键问题；该研究把缺陷工程与硫物种交换机制直接联系起来。

研究还在器件层面进行了验证：一只2.5 Ah锂硫软包电芯实现约504 Wh/kg的能量密度。论文的结果说明，硫空位介导的交换机制可作为设计金属硫化物催化剂的依据，但该数据来自论文所述实验电芯，不能直接等同于量产电池的商业化性能。 （来源：Tsinghua University）