近期，電子科技大學(xué)和西藏大學(xué)研究者共同提出了一種簡易構(gòu)建氮化鉬量子點(diǎn)（Mo2N）修飾N摻雜石墨烯納米片作為雙功能界面層（Mo2N@NG），用于改性聚丙烯（PP）隔膜，再將改性后的隔膜（Mo2N@NG/PP隔膜）應(yīng)用在鋰硫電池（Li-S）中，而能顯著提高該電池的綜合性能，如倍率性能、循環(huán)穩(wěn)定性和能量密度等。
Mo2N@NG合成過程示意圖（圖源：Yuanfu Chen/Advanced Functional Materials）
作為理想的下一代電化學(xué)能源存儲(chǔ)設(shè)備之一，鋰硫電池具有較高的理論比容量。然而，硫正極材料導(dǎo)電性差且充放電時(shí)體積膨脹大，以及多硫化物的“穿梭效應(yīng)”，都在很大程度上降低Li-S電池的容量以及安全性。
為了有效地解決上述的問題，研究者設(shè)計(jì)構(gòu)筑了基于Mo2N量子點(diǎn)修飾的N摻雜石墨烯納米片改性的親硫且親鋰的隔膜界面層（Mo2N@NG/PP隔膜），用于協(xié)同解決多硫化物穿梭效應(yīng)及鋰枝晶不可控生長問題。值得一提的是，Mo2N量子點(diǎn)因其豐富的活性吸附位點(diǎn)及與多硫化物良好的氧化還原催化活性，而能顯著提高Li-S電池電化學(xué)性能；Mo2N@NG可有效地催化轉(zhuǎn)化多硫化物且能并誘導(dǎo)鋰離子的均勻沉積，從而能同時(shí)抑制多硫化物的“穿梭效應(yīng)”及鋰金屬枝晶生長。
Mo2N@NG/PP隔膜電池機(jī)理圖（圖源：Yuanfu Chen/Advanced Functional Materials）
Mo2N@NG/PP隔膜組裝的鋰硫電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能，良好的循環(huán)穩(wěn)定性；鋰鋰對稱電池在5mA/cm2大電流下能穩(wěn)定循環(huán)1500小時(shí)以上；更重要的是，即使在高硫負(fù)載量、低電解液量條件下，軟包 Li-S 電池展現(xiàn)出高面積容量。
該研究成果以“Mo2N Quantum Dots Decorated N-doped Graphene Nanosheets as Dual-Functional Interlayer for Dendrite-Free and Shuttle-Free Lithium-Sulfur Batteries”為題發(fā)表在能源領(lǐng)域國際頂級期刊Advanced Functional Materials上。
