麦立强/许絮/常刚刚Nano Energy：双金属ZIF改性隔膜实现1000圈循环锂硫电池！

2023年10月14日下午1:55 • 顶刊解读

可溶性（多）硫化物的溶解和积累引起的穿梭效应严重影响锂硫（Li-S）电池的反应过程和循环性能。最有效的策略之一是进行隔膜修饰。但是，隔膜改性层的吸附和催化机理会导致多硫化物的不连续转化和活性物质的损失。

武汉理工大学麦立强、许絮、常刚刚等首次选择采用一种新方法制备的二维双金属中心Zn/Co-ZIF纳米片来解决这一悬而未决的问题。

图1 材料制备及表征

目前，除了对（多）硫化物最简单的阻隔作用外，对隔膜改性层机理的解释主要集中在吸附或催化方面。单一吸附或催化不能有效抑制穿梭效应，因为材料对（多）硫化物的吸附能力有限，催化还需要将（多）硫化物吸附到活性位点。具体来说，如果可溶性（多）硫化物不能快速转化为不溶性短链（多）硫化物，并再次沉积在正极上，就会占据隔膜上的活性位点，也会造成活性物质的损失和改性层作用的大打折扣。

另一方面，如果材料对（多）硫化物的吸附作用较弱，则（多）硫化物不能与催化位点充分接触，从而不能充分发挥材料的催化作用。如果材料对（多）硫化物的吸附作用过强，则会将（多）硫化物限制在改性层中，降低活性物质的利用率。因此，如何平衡吸附与催化的关系，实现锂（多）硫化物连续高效转化和定向沉积至正极具有重要意义。

图2 催化性能研究

这项工作以新方法制备的基于不同Zn/Co比的2D-Zn/Co-ZIF纳米片为研究对象，结合多种试验验证了Zn/Co金属中心对(多)硫化物的不同吸附或催化作用。基于ZIF改性层与正极的电导率差异，隔膜改性层在正极电解质界面之间实现了（多）硫化物的连续吸附和催化，最终结果表明，采用 ZIF-B@PP 隔膜组装的 Li-S 电池具有更好的电化学性能。

结果，使用这种功能性隔膜的Li-S电池可以在0.5 C时提供1304 mAh g^-1的高初始容量，并在3 C时实现788 mAh g^-1的可逆容量。即使在2 C的电流密度下，在1000次循环中的容量衰减率也仅为每个循环0.025%。

此外，即使硫含量高达 5.3 mg cm^-2时，Li-S电池也能提供6.5 mAh cm^-2的高初始面积容量。因此，该工作将为大规模制备2D-ZIF纳米片提供新途径，并对探索MOF金属中心对（多）硫化物的吸附和催化作用具有重要指导意义。

图3 Li-S电池性能

The continuous efficient conversion and directional deposition of lithium (poly)sulfides enabled by bimetallic site regulation. Nano Energy 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107332

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麦立强/许絮/常刚刚Nano Energy：双金属ZIF改性隔膜实现1000圈循环锂硫电池！

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