리튬-황 배터리에서 액체-고체 산화환원 전환을 위한 양방향 촉매

촉매에 의한 가속화된 전환은 리튬-황(Li-S) 배터리에서 용해성 폴리설파이드의 셔틀 현상을 억제하는 데 유망한 방법이지만, 보고된 촉매 대부분은 한 방향의 황 반응(환원 또는 산화)에서만 작용하여 빠르게 사이클링되는 황 종의 사용이 최종적으로 실현되지 않으므로 여전히 근본적인 해결책이 아닙니다. 용해성 폴리설파이드의 환원과 불용성 방전 생성물(예: Li2 S)의 산화를 모두 가속화하기 위해 양방향 촉매 설계인 산화물-황화물 이형구조가 제안되며, 이는 사이클 안정성과 황 활용도를 개선하기 위한 근본적인 방법을 제시합니다. 일반적으로, TiO2 -Ni3 S2 이형구조는 Ni3 S2 표면에 TiO2 나노입자를 현장에서 성장시켜 준비되며, 밀접하게 결합된 계면이 양방향 촉매작용의 핵심입니다. 환원에서 TiO2는 폴리설파이드를 가두고, Ni3 S2는 이를 촉매적으로 전환합니다. 산화에서 TiO2와 Ni3 S2는 모두 Li2 S 용해에 대한 촉매 활성을 보여 촉매 표면을 새롭게 합니다. TiO2 -Ni3 S2로 생성된 황 카소드가 0.5C에서 900 사이클 동안 0.038%의 낮은 용량 감소율을 제공하며, 특히 3.9 mg cm-2의 황 적재로 0.3C에서 500 사이클 동안 65%의 높은 용량 유지율을 달성합니다. 이 연구는 양방향 촉매가 어떻게 Li-S 배터리를 실제 사용에 가까이 효과적으로 하는지를 밝힙니다.