Stabilitätsregelung von Katalysatoren in Li-S-Batterien

Lithium-Schwefel-Batterien zeigen erhebliches Potenzial für die Energiespeicherung der nächsten Generation, aufgrund der hohen theoretischen spezifischen Kapazität von Schwefelkathoden (1675 mAh g −1 ) und ihres Energiespeichermechanismus, der auf chemischen Umwandlungsreaktionen basiert. Ihre praktische Anwendung wird jedoch durch langsame Schwefel-Redox-Kinetik und den Shuttle-Effekt, der durch lösliche Lithium-Poylsulfide verursacht wird, erheblich behindert. In den letzten Jahren wurden verschiedene katalytische Materialien als Schwefelträger und Katalysatoren eingesetzt, um die Kinetik der Schwefelumwandlung zu beschleunigen und das Shuttle-Verhalten von Lithium-Poylsulfiden zu unterdrücken. Dennoch leiden diese Materialien häufig unter irreversibler Passivierung und strukturellen Veränderungen, die zu einer langfristigen Leistungsabnahme führen. Diese Übersicht untersucht systematisch die Schlüsselfaktoren, die die Stabilität von Katalysatoren einschränken, einschließlich übermäßiger Adsorption von Lithium-Poylsulfiden, passivierungsinduzierter Isolierung durch Lithium-Sulfide und Oberflächenstrukturrekonstruktion, und klärt, wie diese zur Kapazitätsminderung beitragen. Darüber hinaus fassen wir effektive Strategien zur Erreichung einer langlebigen Schwefelkatalyse zusammen, wobei wir uns auf das Design funktionalisierter Katalysatormaterialien konzentrieren, wie den Aufbau geeigneter Träger-Katalysator-Oberflächen, die Schaffung homogen verteilter aktiver Stellen, die Einführung von Co-Katalysatoren zur Verbesserung der Elektronentransfereffizienz und die Nutzung katalytischer Schutzschichten zur Unterdrückung von Nebenreaktionen. Erkenntnisse aus diesen Ansätzen werden die Entwicklung stabiler und hochaktiver Katalysesysteme erleichtern und den langfristig stabilen Betrieb von Lithium-Schwefel-Batterien unter praktischen Bedingungen vorantreiben. • Mechanistische Analysen der Hauptprobleme, die die Stabilität der Katalysatoren einschränken, werden diskutiert. • Synergetische Strategien für signifikante Verbesserungen der wichtigsten Leistungsindikatoren. • Betont die Rolle der Entwicklung stabiler Katalysatoren für praktische Li-S-Batterien.