隨著電動(dòng)汽車和電網(wǎng)儲(chǔ)能等新興技術(shù)的快速發(fā)展，高比能鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用日益迫切，但是多硫化鋰的穿梭效應(yīng)及氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢問(wèn)題依然阻礙著鋰硫電池的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。以蒙脫石納米粘土材料為代表的二維層狀粘土材料，由于其層間通道結(jié)構(gòu)可以促進(jìn)電極或隔膜中鋰離子的高速傳輸，而且粘土硅鋁酸鹽片層對(duì)多硫化鋰具有強(qiáng)化學(xué)吸附作用，可有效抑制穿梭效應(yīng)，在鋰硫電池正極和隔膜中展現(xiàn)出了突出的應(yīng)用潛力。

　　近日，廣東省科學(xué)院化工研究所龐浩研究員團(tuán)隊(duì)通過(guò)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)基于插層蒙脫石復(fù)合多功能隔膜涂層，以吸附阻隔多硫化鋰擴(kuò)散的同時(shí)快速催化轉(zhuǎn)化。為了充分利用插層蒙脫石基復(fù)合材料在鋰硫電池中的優(yōu)勢(shì)，最大程度的降低蒙脫石電化學(xué)惰性對(duì)電池容量造成的損失，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了過(guò)渡金屬硫化物插層蒙脫石復(fù)合材料（TMSs@MMT）作為鋰硫電池隔膜涂層材料，通過(guò)多種電化學(xué)方法和DFT理論計(jì)算方法揭示了鋰離子高速傳輸及其對(duì)多硫化鋰的吸附-催化協(xié)同作用機(jī)理（圖1）。

圖1 過(guò)渡金屬硫化物（FeS2）插層蒙脫石多功能隔膜涂層促進(jìn)多硫化鋰吸附及轉(zhuǎn)化過(guò)程機(jī)理研究

　　結(jié)果顯示，采用TMSs@MMT涂層改性的隔膜組裝的鋰硫電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能（圖2），特別是倍率性能高達(dá)10 C（～358 mAh g-1）；在2 C高電流密度下循環(huán)1000次后，其放電容量仍可達(dá)610 mAh g-1，相應(yīng)的每圈容量衰減率僅0.031%；在高載硫量（5.0 mg cm-2）和貧電解液（8.5 μL mg-1）條件下可以獲得良好的循環(huán)穩(wěn)定性和高面積比容量（5.51 mAh cm-2）。

圖2 基于過(guò)渡金屬硫化物（FeS2）蒙脫石改性隔膜的鋰硫電池電化學(xué)性能

　　上述研究為鋰硫電池隔膜功能化改性提供了新思路新方法，所制備鋰硫電池性能優(yōu)于當(dāng)前報(bào)道的同類材料。相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊Inorganic Chemistry Frontiers（中科院一區(qū)Top期刊），論文第一作者為吳煉博士。該研究得到了中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目、廣東省科學(xué)院建設(shè)國(guó)內(nèi)一流研究機(jī)構(gòu)行動(dòng)專項(xiàng)資金項(xiàng)目等的資助。

　　原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/QI/D2QI02324E

（省科學(xué)院化工所/供稿）