Điều chỉnh sự phối hợp cục bộ của các chất xúc tác để có pin lithium-lưu huỳnh tốt hơn
của Li Yuan, Học viện Khoa học Trung Quốc
Điều chỉnh hoạt tính xúc tác bằng cách điều chỉnh liên kết giữa chất xúc tác và polysulfua trên cơ sở chuyển loại NiAs- và MnP của các hợp chất AB. Ảnh: Zhang Huigang
Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Zhu Qingshan từ Viện Kỹ thuật Quy trình (IPE) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc dẫn đầu đã điều tra quá trình chuyển đổi cấu trúc điện tử từ các hợp chất CoPxS1-x loại NiAs- sang MnP và cách quá trình chuyển đổi ảnh hưởng đến hoạt động xúc tác của quá trình chuyển đổi polysulfide phản ứng trong pin lithium-lưu huỳnh.
Nghiên cứu đã được xuất bản trên ACS Nano vào ngày 30 tháng 1.
Pin lithium-lưu huỳnh là hệ thống lưu trữ năng lượng đầy hứa hẹn do khả năng lý thuyết cao và năng lượng cụ thể của chúng. Tuy nhiên, việc xáo trộn polysulfide dẫn đến phân hủy pin, hạn chế các ứng dụng thực tế của chúng.
Các chất xúc tác có thể đẩy nhanh quá trình chuyển đổi polysulfide và tương đối ngăn chặn sự xáo trộn, đóng vai trò là phương pháp hiệu quả để cải thiện khả năng quay vòng của pin Li-S. Sự thiếu hiểu biết về cơ chế và nguồn gốc xúc tác gây trở ngại cho việc thiết kế các chất xúc tác Li-S.
Zhang Huigang, nhà nghiên cứu chính cho biết: “So với NiAs, các cation trong hợp chất loại MnP dịch chuyển dọc theo mặt phẳng thẳng đứng sang trục c, dẫn đến khoảng cách giữa các tâm của khối đa diện hai cạnh được rút ngắn và tăng cường liên kết kim loại-kim loại”. tại IPE. Cấu trúc điện tử của chúng thay đổi theo các khối đa diện phối hợp. Kết quả là dịch chuyển lên hoặc xuống của dải d sẽ xác định liên kết của chất xúc tác và polysulfua.
Giáo sư Zhu cho biết: “Bằng cách điều chỉnh cấu trúc phối hợp của các trung tâm hoạt động và tối ưu hóa các quỹ đạo d, chúng tôi có thể thiết kế các chất xúc tác hợp lý hơn”.
Dựa trên quá trình chuyển đổi, các nhà nghiên cứu đã pha tạp CoP với lưu huỳnh và làm biến dạng khối đa diện [CoP6] để dịch chuyển các tâm cation. Kết quả là, quỹ đạo dz2 di chuyển xuống dưới và quỹ đạo dxz/dyz di chuyển lên, tăng cường liên kết với các polysulfua.
Để hiện thực hóa các ứng dụng thực tế của pin Li-S tải cao, họ quay điện hóa CoPxS1-x bên trong các sợi nano cacbon xốp, tạo thành các lò phản ứng nano dạng chuỗi, hạn chế và xúc tác hiệu quả cho phản ứng chuyển đổi polysulfide.
Zhang cho biết: "Thiết kế chất xúc tác và cấu trúc sợi nano cho phép pin Li-S có tải trọng cao có khả năng quay vòng tuyệt vời.
