鋰硒電池具有體積容量大的特點，可與鋰硫電池相媲美，同時硒的導(dǎo)電率比硫高1025倍，這有利于提高電池的高倍率性能。然而，鋰硒電池也受到鋰多硒化物（LPSes）的“穿梭效應(yīng)”和鋰枝晶生長的影響。
近日，南京大學(xué)胡征教授、楊立軍副教授、吳強教授通過在商用聚丙烯（PP）隔膜的兩面涂覆分級摻氮碳納米籠（hNCNC）和AlN納米線，設(shè)計了一種多功能Janus隔膜，以克服這些障礙。實驗顯示，在室溫下，采用Janus隔膜的鋰硒電池表現(xiàn)出前所未有的高倍率容量（25C時為331 mAh g-1），并且在3C下經(jīng)過500次循環(huán)后仍能保持408 mAh g-1的高容量。此外，鋰硒電池在-30至60℃的寬溫度范圍內(nèi)仍能保持高容量，顯示了在極端環(huán)境下的應(yīng)用潛力。這種出色的電化學(xué)性能源于"1+1>2"的協(xié)同作用：正極側(cè)的hNCNC通過化學(xué)吸附和電催化抑制了鋰多硒化物的穿梭，而負(fù)極側(cè)的導(dǎo)熱AlN網(wǎng)絡(luò)抑制了鋰枝晶的生長，這可以用“水桶效應(yīng)”來很好地理解。總體而言，這種Janus隔膜為開發(fā)高性能鋰硫族（Se、S、SeS2）電池提供了一種通用策略。
文章要點：
1. 這項工作通過在商用聚丙烯（PP）隔膜的兩面涂覆hNCNC和AlN網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)了一種適用于鋰硒電池的多功能Janus隔膜（稱為hNCNC-PP-AlN），以同時解決穿梭效應(yīng)和鋰枝晶生長的問題。
2. 研究發(fā)現(xiàn)，分級摻雜N的碳納米籠（hNCNC）除了具有傳統(tǒng)的化學(xué)吸附功能外，還具有電催化多硫化物轉(zhuǎn)化的功能，而隔膜上的導(dǎo)熱AlN網(wǎng)絡(luò)則可以通過均勻鋰沉積來有效抑制鋰枝晶。因此，這兩種功能材料的協(xié)同作用有望大大提高鋰硒電池的性能。
3. 采用Janus 隔膜后，鋰硒電池在室溫（25℃）下具有前所未有的331 mAh g-1倍率性能，在3C時循環(huán)500次后具有408 mAh g-1的高容量，并在-30至60℃的寬溫度范圍內(nèi)具有出色的性能。
4. 所設(shè)計的Janus隔膜還能有效改善Li-S和Li-SeS2電池的性能，表明這種策略普遍適用于鋰硫族電池。
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