近日，國際知名學(xué)術(shù)期刊ACS Nano以“介孔石墨烯彌散異質(zhì)結(jié)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(xué)化工學(xué)院功能炭材料研究團隊在鋰硫電池領(lǐng)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(yōu)勢，被認為是繼鋰離子電池之后最具應(yīng)用前景的電化學(xué)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(yīng)”，導(dǎo)致活性物質(zhì)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(fā)電池短路甚至有安全隱患。因此，如何在電池長期循環(huán)過程中同步抑制“穿梭效應(yīng)”和“枝晶生長”成為鋰硫電池實際應(yīng)用進程中一項艱巨的技術(shù)挑戰(zhàn)。

　　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(dǎo)率、強化學(xué)吸附位點(SnO?)和動態(tài)插層轉(zhuǎn)換動力學(xué)(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(yīng)”具有較好的抑制作用，并且能促進多硫化鋰催化轉(zhuǎn)化。

　　此外，G-mSnO?/SnSe?較強的親鋰位點和多孔結(jié)構(gòu)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(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能：高硫利用率、長循環(huán)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(wěn)定循環(huán)2200 h以上，Li-Cu電池經(jīng)500次循環(huán)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(zhì)/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(xué)化工學(xué)院詹亮教授和北京理工大學(xué)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(xué)基金等項目資助。