Mechanistic roles and design criteria for catalysts in lithium–sulfur batteries

纳米技术 催化作用 解耦(概率) 合理设计 功能(生物学) 生化工程 催化循环 计算机科学 设计要素和原则 大规模运输 分解 材料科学 透视图(图形) 过程(计算) 灵活性(工程) 多相催化 背景(考古学) 化学 氧化还原
作者
Saheed Adewale Lateef,Golareh Jalilvand
出处
期刊:Communications materials [Nature Portfolio]
卷期号:6 (1) 被引量:12
标识
DOI:10.1038/s43246-025-01015-7
摘要

Catalysis is widely explored in lithium–sulfur (Li–S) batteries to address challenges related to limited capacity and cycle durability. Despite extensive research, catalyst development has often focused on materials without a clear understanding of the mechanistic landscape underlying the complex, multi-step, multi-electron sulfur redox pathway. In fact, our understanding of the thermodynamic, kinetic, and mass transport framework in Li–S systems is still evolving, particularly with respect to the reaction pathways during charge and discharge, and the dynamic evolution of materials in both liquid and solid phases. These evolving insights may fundamentally shift the requirements for catalyst design and future research priorities. Therefore, this perspective aims to establish the fundamental roles of catalysts in Li–S batteries, providing a mechanism-based reference applicable to both existing and emerging material systems. The discussion is organized around four core catalytic functions: LiPS adsorption, ion and electron transport, conversion of intermediate species, and decomposition of discharge products. For each, representative catalytic strategy, structure–property relationships, and the underlying physical and electrochemical principles are discussed. By decoupling catalytic function from specific material classes, this conceptual framework identifies unifying design principles and highlights critical knowledge gaps with the goal to guide the rational design of next-generation catalysts with mechanism-informed, function-specific performance in Li–S systems. Catalysis in lithium-sulfur batteries can address issues related to limited capacity and cycle durability. This Perspective discusses the mechanisms behind the role catalysts play in LiPS adsorption, ion and electron transport, conversion of intermediate species, and decomposition of discharge products.
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