​同济杨金虎/张驰AM：三元（P，Se，S）共价无机框架作为锂硫电池正极

开发新型正极材料，从源头上避免Li-S 电池的穿梭效应，对于实际应用至关重要，但这仍然是一个巨大的挑战。

在此，同济大学杨金虎，张驰等人通过简单地共熔化 P、S 和 Se 粉末，探索出了一种新型含硫三元共价无机框架 (CIF)–P₄Se₆S₄₀。具有开放式框架的 P₄Se₆S₄₀ CIF 能够在电化学反应中提供所有活性位点，从而提供高容量。Se 原子的引入可以提高 S 链的固有电子导电性且不会降低容量。更重要的是，S-Se 链中的 Se 原子可以作为杂原子的 “屏障”，阻断周围 S 原子的键合，从而有效避免在循环过程中形成长链多硫化物。

此外，锂化后形成的稳定四面体构型 Li₃PS₄ 不仅是促进锂离子扩散的良好离子导体，还进一步抑制了穿梭效应。因此，P4Se₆S₄₀ 正极即使在 10.5 mg cm^-2 的高负载条件下也能提供高容量和出色的容量保持率。

图1. DFT计算

总之，该工作通过简单的方法合成了一类新型三元无机共价框架材料（P₄Se₆S₄₀）。P₄Se₆S₄₀ CIF 具有独特的开放式四面体三维框架，可用于锂离子的嵌入，而且短链S单元可从根本上避免产生LiPS和穿梭效应，因此有望成为高性能Li-S 电池的正极。

此外，锂化后会形成具有四面体构型的稳定 Li₃PS₄ 产物，它不仅是良好的离子导体，还能作为空间屏障进而抑制多硫化物的溶解和扩散，进一步抑制穿梭效应。因此，该项工作为下一代Li-S 电池提供了一类新型的三元 CIF 材料，作为无穿梭效应的正极，它具有长循环寿命和高能量，可应用于实际能源领域。

图2. 电池性能

A Ternary (P, Se, S) Covalent Inorganic Framework as A Shuttle Effect-Free Cathode for Li-S Batteries，Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202308587