成果简介
近年来，由于能源短缺和环境污染，低成本、高能量密度和环保特性的锂硫电池（LSB）引起了广泛关注。然而，多硫化锂（LiPS）引起的穿梭效应大大降低了LSB的循环性能和寿命。为了解决这一问题，本文，吉林大学《ACS Appl. Nano Mater.》期刊发表名为“Functional Separator Modified with Reduced Graphene Oxide and Fe3S4 for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries”的论文，研究通过一步水热法设计了Fe3S4/rGO复合材料，用于改性聚丙烯（PP）分离器。Fe3S4/rGO复合材料具有高的电子传导率和吸附性能，这为电子传递提供了通道，并有效地抑制了LiPS的穿梭。用Fe3S4/rGO PP分离器组装的锂硫电池具有优异的比容量。首次放电容量在0.2℃时达到1293 mAh g–1，100次循环后放电容量保持在750 mAh g-1。在1℃下进行300次循环后，放电容量为578 mAh g–1，每循环的平均容量衰减率为0.052%。这些结果表明，Fe3S4/rGO PP分离器在高性能LSB方面具有良好的应用前景。
图文导读
图1。Fe3S4/rGO复合材料的合成示意图。
图3、（a）Fe3S4/rGO和Fe3S4的X射线衍射图。(b) Fe3S4/rGO和GO的拉曼光谱。(c) Fe3S4/rGO的N2吸附/解吸等温线和(d)孔隙大小分析。
图3、（a）Fe3S4/rGO的XPS调查光谱。Fe3S4/rGO的（b）Fe 2p、（c）S 2p和（d）C 1s的高分辨率XPS光谱。
图4. (a) 带有Fe3S4/rGO-PP隔膜的锂硫电池在前三个循环中以0.1 mV s-1的扫描速率的CV曲线。(b) 带有Fe3S4/rGO-PP隔膜的锂硫电池在0.1至2 C的不同电流密度下的静电放电/充电曲线。(c) 带有Fe3S4/rGO-PP、Fe3S4-PP和PP隔膜的LSB的速率性能。(d) 带有Fe3S4/rGO-PP、Fe3S4-PP和PP分离器的LSB在0.2℃下循环100次的性能和库伦效率。(e) 带有Fe3S4/rGO-PP、Fe3S4-PP和PP分离器的LSB在1℃下的长期循环稳定性和库伦效率。
图5、用EIS谱研究了用不同隔膜组装的LSB的反应动力学
小结
综上所述，我们成功地合成了Fe3S4/rGO复合材料，并将其应用于LSBs的分离器改性。Fe3S4/rGO具有高电子传导性和高比表面积，为锚定LiPSs提供了足够的物理和化学吸附点。通过以上论证，作者认为Fe3S4/rGO作为高性能LSB的改性隔膜材料具有良好的应用前景，并可进一步应用于其他储能和转换领域，如Na/S、Mg/S、K/S和Al/S电池。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.2c04752
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