韩国科学技术院《AMT》：MXene和氧化石墨烯多层膜，用于抑制柔性锂硫电池中的穿梭效应

成果简介

多硫化锂（LiPS）的穿梭效应导致最严重的容量下降，是阻碍锂硫电池（LSB）商业化的关键问题之一。本文，韩国科学技术院Sanghee Nam等研究人员在《Advanced Materials Technologies》期刊发表名为“Collectively Exhaustive MXene and Graphene Oxide Multilayer for Suppressing Shuttling Effect in Flexible Lithium Sulfur Battery”的论文，研究报告了Ti3C2Tx-MXene和氧化石墨烯 (GO) 多层膜通过利用微/介孔的物理抑制和表面官能团的化学吸收来抑制穿梭效应。

GO和MXene丰富的表面官能团通过静电亲和力和排斥力吸引带正电的锂离子 (Li+ ) 并排出带负电的多硫化物 (Sn2–)。使用真空过滤的简单方法用于在Go和Mxene膜（GSM）之间包封元素硫（S 8），分别用作偏移分离器和官能化集电器。功能拮抗的GSM直接在LSB的阴极中发挥作用，并在初始循环中在0.1C下表现出1425mAhg–1的比容量。丰富的官能团可以化学吸附LiPS，在500次循环后产生约85.1% 的高循环保留率。此外，基于 2D 纳米材料、MXene 和氧化石墨烯的超薄 GSM 的灵活性，使用PEO-LiTFSI 电解质证明了柔性LSB。

图文导读

方案一、 a) Ti3C2Tx-MXene 和氧化石墨烯 (GO ) 的合成路线，b) GSM复合材料的制备，显示出表面官能团对多硫化锂的有效化学吸附。

图1、氧化石墨烯/硫/MXene（GSM）的SEM图像

图2、a) MXene 和 GO 的 Brunauer-Emmett-Teller (BET) 分析，b) MXene 和 GO 的拉曼光谱，c) 傅里叶变换红外光谱MXene 和GO，表明丰富的官能团（-OH、-COOH、-F），d）MXene、GO 和元素硫的 X 射线衍射图，e，f）GO的 C 1s 和 O1s XPS 结果，g-i) MXene 的 Ti 2p、C1s 和 O1s XPS 结果。

图3、a) 固态 NMR 1 H NMR，观察 CH 2 O 和 CH 2环氧化物官能团，b) 固态13 C NMR，获得羧基、羟基和环氧基，c) MXene 和 GO 水分散体的 Zeta 电位为pH 值的函数，d-g) 在 0、12、24 和 36 小时时使用市售的聚丙烯 (PP) 隔膜进行可视化多硫化锂扩散测试的光学图像，h-k) 在 0 时的 GO/MXene 双层复合材料，图 12、24 和 36 小时，由H 型电解池中的 Li 2 S 6（左）、GM（中）和 DOL/TEGDME（右）组成。

图4、电化学测量图示

图5、a,b) 所得 GSM 复合材料的数字图像，暗GO侧（左）和亮的MXene侧（右），c) 滴铸用于柔性锂硫电池 (FLSB) 的 PEO-LiTFSI 的制造过程的数字图像特氟隆模具中，以1制造FLSB，正常状态和50个LED灯泡，F）充放电曲线的性能d，E）的数字图像ST，2次，3次，5次，20次和50次循环，袋型电池在 0.1C (180 mA g –1 ) 下测量，g) 100 次循环的长期循环稳定性，表明循环保持率为 76.69%（每个循环 0.00797% –1），h) 在几个条件下的 CV 测量0.1 至 0.5 mV s –1 的扫描速率, i) FLSB 的 EIS，在 Warburg 区域和插图中为64.47°，在中频区域显示放大的半圆。

小结

综上所述，为了抑制锂硫电池的穿梭效应，报告了一种通过简单真空辅助过滤制备的多层GSM的功能拮抗策略

文献：https://doi.org/10.1002/admt.202101025