Origin and Acceleration of Insoluble Li2S2−Li2S Reduction Catalysis in Ferromagnetic Atoms‐based Lithium‐Sulfur Battery Cathodes

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作者
Rui Yan,Zhenyang Zhao,Menghao Cheng,Zhao Yang,Chong Cheng,Xikui Liu,Bo Yin,Shuang Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (1): e202215414-e202215414 被引量:84
标识
DOI:10.1002/anie.202215414
摘要

Accelerating insoluble Li2 S2 -Li2 S reduction catalysis to mitigate the shuttle effect has emerged as an innovative paradigm for high-efficient lithium-sulfur battery cathodes, such as single-atom catalysts by offering high-density active sites to realize in situ reaction with solid Li2 S2 . However, the profound origin of diverse single-atom species on solid-solid sulfur reduction catalysis and modulation principles remains ambiguous. Here we disclose the fundamental origin of Li2 S2 -Li2 S reduction catalysis in ferromagnetic elements-based single-atom materials to be from their spin density and magnetic moments. The experimental and theoretical studies disclose that the Fe-N4 -based cathodes exhibit the fastest deposition kinetics of Li2 S (226 mAh g-1 ) and the lowest thermodynamic energy barriers (0.56 eV). We believe that the accelerated Li2 S2 -Li2 S reduction catalysis enabled via spin polarization of ferromagnetic atoms provides practical opportunities towards long-life batteries.
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