硫正极具有高的理论比容量（1672 mA h g^-1），与{attr}3207{/attr}锂分别作为正负极组成的锂硫电池表现出高的能量密度（2700 W h kg^-1），而且硫单质成本低、无毒性，使得锂硫电池能够成为下一代二次可充电电池的候选之一。但就目前研究，过量电解液的使用使得锂硫电池的能量密度仍无法超过商用锂电池，电解液（E）与硫（S）质量比高于10 μL/mgS时，电解液占整个电池比重就高于50 wt.%。而减少电解液的使用会带来缓慢的反应动力学，因此探索具有强催化性的正极材料以促进多硫化物快速反应是贫瘠电解液锂硫电池的研究关键。

近日，四川大学的毛健教授团队在Batteries & Supercaps发表了题为“Design a catalytic cathode material with abundant oxygen vacancies to accelerate the kinetics of lean-electrolyte Lithium-sulfur Batteries”  的研究论文，该研究通过Ce掺杂制备了具有丰富氧空位的TiO₂，并作为多硫化物催化剂应用于贫电解液锂硫电池中，该电池表现出优异的电化学性能。与TiO₂相比， Ce掺杂后TiO₂氧空位明显增加，且吸附实验表明了具有丰富氧空位的0.4 Ce-TiO₂有更好的吸附能力。与还原氧化石墨烯（rGO）基对称电池相比，0.4 Ce-TiO₂/rGO基对称电池CV的电流密度有明显的提高，表现出更强的催化性能，说明丰富的氧空位能够促进多硫化物进行快速的电化学反应。在贫电解液（E/S=7 μL/mgS）状态下，0.4 Ce-TiO₂/rGO/S在0.1 C电流密度（1 C = 1672 mA g^-1）下，100次循环后仍表现出高的可逆比容量（1180.2 mA h g^-1），在1 C下循环400次仅0.02%的衰减。并且还发现0.4 Ce-TiO₂/rGO/S在高温（60 °C）下也表现出良好的电化学性能。

该研究证明Ce掺杂能在TiO₂中引入丰富的氧空位，丰富的氧空位能够促进TiO₂催化多硫化物转化，保证了贫电解液锂硫电池的优异电化学性能，为贫电解液锂硫电池的正极材料设计提供了新的思路。

论文信息：

Design a Catalytic Cathode Material with Abundant Oxygen Vacancies to Accelerate the Kinetics of Lean-Electrolyte Lithium-Sulfur Batteries

Limin Mao, Hongtao Xie, Fei Wang, Prof. Jian Mao

Batteries＆Supercaps

DOI: 10.1002/batt.202100192