Anti-Heterogeneous catalysis revealed by the amidomagnesium halide chemistry in lithium sulfur batteries

化学 卤化物 电解质 阳极 催化作用 电化学 无机化学 阴极 硫黄 化学工程 电极 有机化学 物理化学 工程类
作者
Miao Chen,Tianli Wu,Dan Zhou,Zhubing Xiao
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier]
卷期号:404: 999-1006 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2021.10.038
摘要

Abstract The simultaneous engineering of sulfur cathode and Li anode is critical for electrolyte-starved high-energy-density Li-S batteries. Herein, we challenge the conventional wisdom of heterogeneous and homogeneous catalyses in Li-S batteries, the concept of anti-heterogeneous catalysis is proposed to synchronously realize effective LiPS trapping/conversion and protection of Li anode through employing a small amount of non-nucleophilic electrolyte additive of an amidomagnesium halide, hexamethyldisilazide magnesium chloride (HMC). Regulated by the amidomagnesium halide chemistry, over 1000 hours of cycling is realized in Li/Li symmetric cells, revealing superb compatibility of the HMC-incorporated electrolyte with lithium metal. Meanwhile, via elevating the dissociation free-energy barrier of Li+ in LiPS, the liquid HMC catalysts significantly decrease the solubility of lithium ploysulfides and promote the multistep conversion of sulfur electrochemistry, which enable a quasi-solid-state reaction and minimal shuttle effect. Practically, a high energy density of 423 Wh kg-1 with decent cycling stability is achieved in electrolyte-starved pouch cells.
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