Balanced d-Band Model: A Framework for Balancing Redox Reactions in Lithium–Sulfur Batteries

氧化还原 锂(药物) 硫黄 材料科学 纳米技术 无机化学 化学 冶金 医学 内分泌学
作者
Wei Xiao,Kisoo Yoo,Jong‐Hoon Kim,Hengyue Xu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (47): 32732-32745
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c10348
摘要

Managing the redox reactions of polysulfides is crucial for improving the performance of lithium-sulfur batteries (LSBs). Herein, we introduce a progressive theoretical framework: the balanced d-band model, which is based on classical d-band center theory. Specifically, by optimizing the position of the d-band center in the middle between the highest occupied molecular orbital (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of each sulfur species, balanced and fast oxidation and reduction reactions of the sulfur species can be achieved simultaneously. To validate this theory, we synthesized a catalyst featuring an in situ phosphorized heterostructure (NOP) based on nickel oxide (NiO), which effectively optimizes the d-band center at the middle between the HOMO and LUMO of each sulfur species. Aided by the balanced oxidation and reduction kinetics of the sulfur species, the NOP-based cell achieved a high reversible capacity, superior cycling stability, and prolonged cycle life. This study extends the conventional d-band center theory and introduces an innovative theoretical model to expand our understanding of the internal reaction mechanisms in LSBs.
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