近日，國際知名學術期刊ACS Nano以“介孔石墨烯彌散異質結錫基鋰硫電池隔膜涂層新體系”為題，在線報道了華東理工大學化工學院功能炭材料研究團隊在鋰硫電池領域研究的新進展。
鋰硫電池因硫的低成本、超高的理論容量和高能量密度等優勢，被認為是繼鋰離子電池之后最具應用前景的電化學儲能體系之一。對硫正極而言，可多硫化鋰溶于電解液形成“穿梭效應”，導致活性物質硫利用率低和容量快速衰減等問題；對鋰負極而言，鋰枝晶的不可控生長容易引發電池短路甚至有安全隱患。因此，如何在電池長期循環過程中同步抑制“穿梭效應”和“枝晶生長”成為鋰硫電池實際應用進程中一項艱巨的技術挑戰。
針對以上問題，功能炭材料研究團隊合成了一種“雙功能”石墨烯介孔SnO?/SnSe?納米片用作鋰硫電池的隔膜修飾層(G-mSnO?/SnSe?)，其具備高電導率、強化學吸附位點(SnO?)和動態插層轉換動力學(LixSnSe?)等特點。研究人員采用原位XRD、原位Raman、非原位XANES和DFT模擬計算，證實了該隔膜修飾層對“穿梭效應”具有較好的抑制作用，并且能促進多硫化鋰催化轉化。
此外，G-mSnO?/SnSe?較強的親鋰位點和多孔結構有助于降低鋰的成核過電位和Li剝離與沉積過程中負極表面的均勻成核，進而有效抑制鋰枝晶生長。當G-mSnO?/SnSe?用作鋰硫電池的隔膜修飾層時，展現出優異的電化學性能：高硫利用率、長循環壽命和倍率性能；Li|Li對稱電池在1 mA cm?2/1 mAh cm?2條件下可穩定循環2200 h以上，Li-Cu電池經500次循環后庫倫效率仍維持在99%以上。此外，所組裝的1.6 g S/Ah級軟包電池在低電解質/硫比率和低負極/正極比條件下，電池其能量密度仍然高達359 Wh/kg。
華東理工大學化工學院詹亮教授和北京理工大學陳人杰教授為該論文通訊作者，研究工作得到了國家自然科學基金等項目資助。
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