随着电动汽车和电网储能等新兴技术的快速发展，高比能锂硫电池的实际应用日益迫切，但是多硫化锂的穿梭效应及氧化还原反应动力学缓慢问题依然阻碍着锂硫电池的大规模商业化应用。以蒙脱石纳米粘土材料为代表的二维层状粘土材料，由于其层间通道结构可以促进电极或隔膜中锂离子的高速传输，而且粘土硅铝酸盐片层对多硫化锂具有强化学吸附作用，可有效抑制穿梭效应，在锂硫电池正极和隔膜中展现出了突出的应用潜力。
近日，广东省科学院化工研究所庞浩研究员团队通过设计开发基于插层蒙脱石复合多功能隔膜涂层，以吸附阻隔多硫化锂扩散的同时快速催化转化。为了充分利用插层蒙脱石基复合材料在锂硫电池中的优势，最大程度的降低蒙脱石电化学惰性对电池容量造成的损失，项目团队开发了过渡金属硫化物插层蒙脱石复合材料（TMSs@MMT）作为锂硫电池隔膜涂层材料，通过多种电化学方法和DFT理论计算方法揭示了锂离子高速传输及其对多硫化锂的吸附-催化协同作用机理（图1）。
图1 过渡金属硫化物（FeS2）插层蒙脱石多功能隔膜涂层促进多硫化锂吸附及转化过程机理研究
结果显示，采用TMSs@MMT涂层改性的隔膜组装的锂硫电池表现出优异的电化学性能（图2），特别是倍率性能高达10 C（～358 mAh g-1）；在2 C高电流密度下循环1000次后，其放电容量仍可达610 mAh g-1，相应的每圈容量衰减率仅0.031%；在高载硫量（5.0 mg cm-2）和贫电解液（8.5 μL mg-1）条件下可以获得良好的循环稳定性和高面积比容量（5.51 mAh cm-2）。
图2 基于过渡金属硫化物（FeS2）蒙脱石改性隔膜的锂硫电池电化学性能
上述研究为锂硫电池隔膜功能化改性提供了新思路新方法，所制备锂硫电池性能优于当前报道的同类材料。相关研究成果发表于国际权威期刊Inorganic Chemistry Frontiers（中科院一区Top期刊），论文第一作者为吴炼博士。该研究得到了中国博士后科学基金项目、广东省科学院建设国内一流研究机构行动专项资金项目等的资助。
原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/QI/D2QI02324E
（省科学院化工所/供稿）
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