The Origin of Li2S2 Reduction Mechanism Modulated by Single‐Atom Catalyst for all Solid‐State Li‐S Batteries

材料科学 催化作用 Atom(片上系统) 固态 还原(数学) 机制(生物学) 国家(计算机科学) 纳米技术 原子物理学 化学物理 化学工程 物理化学 物理 计算机科学 量子力学 有机化学 嵌入式系统 化学 几何学 数学 算法 工程类
作者
Miao He,Yuxing Fan,Shen Liu,Shuying Wang,Tongwei Wu,Dongjiang Chen,Anjun Hu,Chaoyi Yan,Yichao Yan,Jianping Long,Yin Hu,Tianyu Lei,Peng Li,Wei Chen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.202405642
摘要

Abstract All solid‐state lithium‐sulfur batteries (ASSLSBs) demonstrate tremendous potential in the next‐generation energy storage system. Nevertheless, the incomplete conversion of Li 2 S 2 to Li 2 S within the sulfur electrode imposes a substantial impediment on the capacity release. Herein, the nickel single‐atom catalyst (NiNC) materials are employed to ameliorate the sluggish reaction kinetics of polysulfides. Moreover, the unknown origin of the catalytic activity of NiNC materials on the ASSLSBs is revealed by using the ligand‐field theory. The results show that the orbital of Ni exhibits a significant vertical hybridization phenomenon from the inert dsp 2 hybridization state to the active d 2 sp 3 hybridization state, which exerts a catalytic effect on the reduction of Li 2 S 2 to Li 2 S. As a result, the assembled ASSLSBs attain a capacity release of 1506.9 mAh g −1 at 0.05 C and more than 70% retention ratio after 600 cycles at a high rate of 2 C. The in‐depth study of the d ‐orbitals of nickel single‐atom catalysts in this work offers deep insights into the relationship between the catalytic substrate and active substance and a novel perspective for the realization of ASSLSB with high energy density.
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