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孫靖宇/慈海娜/宋英澤/孫英杰AFM：通用的石墨烯-硒化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計助力實用鋰硫電池！

鋰硫（Li-S）電池的實際應用受到了臭名昭著的多硫化物穿梭和緩慢的硫轉(zhuǎn)化動力學的阻礙。盡管隔膜的功能修飾已被提出為優(yōu)化Li-S電池氧化還原反應的有效策略，但過量的材料用量和無效的結(jié)構(gòu)設(shè)計仍然導致電催化劑利用率低下。

蘇州大學孫靖宇、青島科技大學慈海娜、西南科技大學宋英澤、河北科技大學孫英杰等采用連續(xù)低溫化學氣相沉積方式，在商用玻璃纖維（GF）隔膜上可控地生長通用石墨烯金屬硒化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)（Gr-MxSey，M=Mo，W，Mn，Cu和Zn），以構(gòu)建Li-S電池的功能隔膜。

圖1. 材料制備

值得注意的是，獲得的石墨烯呈現(xiàn)出均勻的3D網(wǎng)絡，這有利于MxSey納米顆粒的形成，以表現(xiàn)出高的電催化活性。

同時，由于交織的纖維結(jié)構(gòu)，GF隔膜還起到3D基底的作用。因此MxSey-Gr@GF隔膜與聚丙烯隔膜改性有很大不同。

此外，Gr-MxSey異質(zhì)結(jié)構(gòu)協(xié)同吸附性的MxSey和導電Gr，可提高Li–S化學的電催化活性。

圖2. 設(shè)計隔膜對穿梭效應的抑制

因此，這種精心設(shè)計的隔膜提高了Li–S電池的電化學性能，結(jié)果采用Gr-MoSe₂@GF隔膜的電池在0.2C下顯示出1194.9 mAh g^?1的顯著初始容量，并且經(jīng)過100次循環(huán)后幾乎沒有容量衰減。

Gr-MoSe₂@GF隔膜顯示的優(yōu)異循環(huán)性能意味著GF隔膜設(shè)計對于商業(yè)可行應用的合理性。

此外，基于這種新型隔膜的柔性Li-S軟包電池也提供了良好的性能（在100次循環(huán)中每循環(huán)的容量衰減為0.25%）。

圖3. Li-S電池性能

A Universal Graphene-Selenide Heterostructured Reservoir with Elevated Polysulfide Evolution Efficiency for Pragmatic Lithium–Sulfur Battery. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202211978

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