成果简介
具有高能量密度、灵活性和安全性的锂硫（Li-S）电池的开发对于新兴的植入式设备、生物监测和卷式显示器非常有吸引力。然而，现有的硫阴极、易燃液体电解质和极易反应的锂阳极的循环稳定性和灵活性差，造成了严重的电池性能退化和安全问题。本文，北京航空航天大学Shichao Zhang、邢雅兰副教授、清华大学深圳国际研究生院周光敏副教授等在《ACS Nano》期刊发表名为“TinO2n–1/MXene Hierarchical Bifunctional Catalyst Anchored on Graphene Aerogel toward Flexible and High-Energy Li–S Batteries”的论文，研究提出了一种金属1T MoS2和富氧空位TinO2n–1/MXene分级双功能催化剂（Mo–Ti/Mx），其锚定在还原的氧化石墨烯纤维素纳米纤维（GN）（Mo-Ti/Mx–GN）上，以解决上述挑战。
通过应用定向冷冻工艺，现了由具有长距离排列的波浪形多层次形态的柔性GN支架的层次结构。1T MoS2和TinO2n–1/MXene的协同作用有利于抑制多硫化锂（LiPS）的穿梭行为，加快硫物种的氧化还原动力学，并促进LiPS电催化还原为Li2S。该电极在高硫质量负载（8.4 mgs cm–2）和贫电解质（7.6μL mgs–1）操作下表现出改进的电化学性能。我们还探索了用这种柔性电极、凝胶聚合物电解质和坚固的锂阳极生产袋式电池的可行性，该电池具有可逆的能量存储和输出、广泛的温度适应性和良好的抗严打安全性，这意味着具有实际应用的潜力。
图文导读
图1.Mo–Ti/Mx–GN电极的合成过程和表征示意图。
图2.基于DFT计算的LiPS吸附和氧化还原模拟
图3.Mo–Ti/Mx–GN、Ti/Mx–GN 和 Mo–GN 电极在半电池中的性能
图4.GPE Li-S袋电池的电化学和安全性能。
小结
综上所述，作者探索了基于3D Mo-Ti/Mx-GN电极、GPE和稳健的锂阳极设计生产灵活安全的可充电电池的可行性。Li-S电池可以同时实现高能量密度和安全性，这意味着实际应用的潜力。此外，坚固的锂阳极通过原位聚合和快速离子传输粘合在GPE中，以最大限度地提高界面兼容性和电池稳健性。3D Mo-Ti/Mx-GN电极、GPE和坚固的锂阳极相结合，具有良好的可靠性，赋予电池可逆的能量存储和输出，良好的温度适应性，以及在严格打击（机械损伤，过热，浸水和严重变形）下的安全性，意味着在柔性电化学储能器件中的实际应用。
文献：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c08246
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
