近日，國際知名學術期刊ACS Nano以“Dynamic Intercalation-Conversion Site Supported Ultrathin 2D Mesoporous SnO₂/SnSe₂ Hybrid as Bifunctional Polysulfide Immobilizer and Lithium Regulator for Lithium-Sulfur Chemistry”為題，在線報道了我校化工學院功能炭材料研究團隊在锂硫電池領域研究的新進展。

锂硫電池因硫的低成本、超高的理論容量（1675mAh g^-1），高能量密度（2600Wh kg^-1）等優勢，被認為是繼锂離子電池之後最具應用前景的電化學儲能體系之一。對硫正極而言，可多硫化锂溶于電解液形成“穿梭效應”，導緻活性物質硫利用率低和容量快速衰減等問題；對锂負極而言，锂枝晶的不可控生長容易引發電池短路甚至有安全隐患。因此，如何在電池長期循環過程中同步抑制“穿梭效應”和“枝晶生長”成為锂硫電池實際應用化進程中一項艱巨的技術挑戰。

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SnO₂/SnSe₂納米片用作锂硫電池的隔膜修飾層（G-mSnO₂/SnSe₂），其具備高電導率、強化學吸附位點（SnO₂）和動态插層轉換動力學（LixSnSe₂）等特點。采用原位XRD、原位Raman、非原位XANES和DFT模拟計算，證實了該隔膜修飾層對“穿梭效應”具有較好的抑制作用，并且能促進多硫化锂催化轉化。此外，G-mSnO₂/SnSe₂較強的親锂位點和多孔結構有助于降低锂的成核過電位和Li剝離與沉積過程中負極表面的均勻成核，進而有效抑制锂枝晶生長。當G-mSnO₂/SnSe₂用作锂硫電池的隔膜修飾層時，展現出優異的電化學性能：高硫利用率（0.2 C，1544 mAh g^-1）、長循環壽命（5 C電流密度下循環2000次可逆容量高達648 mAh g^-1，平均每圈容量衰減率僅為0.0144%）和倍率性能（8 C，794 mAh g^-1）；Li|Li對稱電池在1 mA cm^-2/1 mAh cm^-2條件下可穩定循環2200 h以上，Li-Cu電池經500次循環後庫倫效率仍維持在99%以上。此外，所組裝的1.6 g S/Ah級軟包電池在低電解質/硫比率（E/S= 3 μL mg^-1）和低負極/正極比（N/P = 2.6）條件下，電池其能量密度仍然高達359 Wh kg^-1。

我校化工學院詹亮教授和北京理工大學陳人傑教授為該論文通訊作者，研究工作得到了國家自然科學基金等項目資助。

原文鍊接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c02810