Rechargeable Metal-Sulfur Batteries: Key Materials to Mechanisms

化学 多硫化物 阳极 电池(电) 硫黄 储能 电解质 纳米技术 硫化物 有机自由基电池 阴极 金属 电极 有机化学 功率(物理) 材料科学 物理 物理化学 量子力学
作者
Weiqi Yao,K. T. Liao,Tianxing Lai,Hyunki Sul,Arumugam Manthiram
出处
期刊:Chemical Reviews [American Chemical Society]
卷期号:124 (8): 4935-5118 被引量:248
标识
DOI:10.1021/acs.chemrev.3c00919
摘要

Rechargeable metal-sulfur batteries are considered promising candidates for energy storage due to their high energy density along with high natural abundance and low cost of raw materials. However, they could not yet be practically implemented due to several key challenges: (i) poor conductivity of sulfur and the discharge product metal sulfide, causing sluggish redox kinetics, (ii) polysulfide shuttling, and (iii) parasitic side reactions between the electrolyte and the metal anode. To overcome these obstacles, numerous strategies have been explored, including modifications to the cathode, anode, electrolyte, and binder. In this review, the fundamental principles and challenges of metal-sulfur batteries are first discussed. Second, the latest research on metal-sulfur batteries is presented and discussed, covering their material design, synthesis methods, and electrochemical performances. Third, emerging advanced characterization techniques that reveal the working mechanisms of metal-sulfur batteries are highlighted. Finally, the possible future research directions for the practical applications of metal-sulfur batteries are discussed. This comprehensive review aims to provide experimental strategies and theoretical guidance for designing and understanding the intricacies of metal-sulfur batteries; thus, it can illuminate promising pathways for progressing high-energy-density metal-sulfur battery systems.
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