锂-硫电池（LSB）具有高理论能量密度，但受到锂多硫化物（LPS）的穿梭效应和缓慢的硫还原/演化反应的困扰。大量研究致力于抑制穿梭效应，包括物理结构限制工程、化学吸附策略以及硫氧化还原催化剂的设计。
在此，贵州大学邵姣婧，清华大学深圳研究生院周光敏，西北工业大学王天帅等人开发了一种由交替堆叠的多孔二氧化硅纳米片（PSN）和Ti₃C₂Tₓ-MXene构成的2D纳米通道中间层。具有选择性阳离子传输特性的2D纳米通道有助于锂离子的快速传输，同时阻止多硫化物阴离子穿过隔膜。羟基化的MXene使PSN表面氧的p带中心更接近费米能级，从而对多硫化物产生强吸附/催化作用，进而加快多硫化物转化动力学。
结合PSN/MXene的离子/电子双传导功能，锂硫电池在0.1 C倍率下的初始容量高达1443 mAh g⁻¹，在2 C倍率下800次循环的容量衰减率低至每循环0.049%，并且具备出色的倍率性能。在硫负载量高达5.2 mg cm⁻²的情况下，电池的面积比容量高于商用锂离子电池。采用贫电解液（E/S=3.9 µL mg⁻¹）的软包电池在100 mA电流下可实现2 Ah的容量，具有高能量密度和出色的循环稳定性。
图1. 电池性能
总之，该工作开发了一种由多孔二氧化硅纳米片（PSN）和Ti₃C₂Tx-MXene构成的多功能2D纳米流体中间层，用于解决Li-S电池中出现的多硫化物穿梭以及锂枝晶生长问题。羟基化的MXene使PSN表面O的p带中心更靠近费米能级，这对多硫化物产生了强吸附/催化作用。
此外，带有负表面电荷的二维纳米流体通道呈现出阳离子选择性传输特性，进一步有助于阻止多硫化物阴离子穿过隔膜，同时允许锂离子快速传输，这反过来减轻了锂金属负极表面的副反应，并实现了0.70的高tLi⁺。
另外，PSN/MXene上丰富的羟基为锂离子提供了类似Grotthuss的跳跃传输路径，促进了电化学反应动力学。PSN上的2D纳米通道和丰富孔隙有助于引导锂离子均匀分布，实现锂的平面沉积。
基于此，采用基于二维纳米通道中间层的锂硫电池获得了显著改善的电化学性能。总之，该工作不仅展现了2D PSN/MXene纳米通道在构建多功能中间层方面的潜力，也为拓展纳米流体在电化学储能与转换领域的应用开辟了新途径。
图2. 机制探究
2D Nanochannel Interlayer Realizing High-Performance Lithium–Sulfur Batteries, Advanced Materials 2025 DOI: 10.1002/adma.202417321