The Volcano Relationship between dz2 Electronic States and Sulfur Redox Reaction Kinetics in Lithium–Sulfur Batteries

硫黄 动力学 氧化还原 锂(药物) 无机化学 化学 化学动力学 物理化学 材料科学 物理 量子力学 医学 内分泌学 有机化学
作者
Jiaming Tian,Yuan Rao,Sheng Xu,Xiangqun Xu,Yu Sun,Tianze Shi,Haoshen Zhou,Shaohua Guo
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c00128
摘要

The d orbital physics are closely related to the catalytic activity of transition-metal-based catalysts in Li-S batteries. However, challenges remain in understanding the optimal electronic configuration, causing a lack of guidance in the precise design of catalysts. Herein, by virtue of LaCoO3-based catalysts with different combinations of low-spin states and high-spin states of Co3+, a volcano relationship between dz2 filling number (from 0.95 to 1.29) and S/Li2S redox reaction kinetics is revealed. The best kinetics are provided at the dz2 filling number of 1.12. As a result, the assembled Li-S battery shows a low decay rate of 0.026% per cycle in a 1500-cycle test and a high energy density of 460.7 Wh kg-1 in a practical pouch cell. This work reveals the critical influences of dz2 electronic states on catalyzing the S/Li2S redox reaction and provides insights into finely regulating the electronic structures of high-performance catalysts for practical Li-S batteries.
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