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鋰金屬是一種理想的高能量密度鋰-硫（Li-S）電池的負極。然而，它的可靠性受到枝晶生長和與多硫化物的副反應的嚴重限制，而這些問題要同時解決還很困難。

圖1. ALA-ODA層的制備和表征

清華大學深圳國際研究生院呂偉等報告了一種保護層，其工作方式與離子選擇性滲透細胞膜相同，從而獲得了一種專門用于Li-S電池的抗腐蝕和無枝晶的鋰金屬負極（LMA）。具體而言，這項工作為LMA制作了一個致密、穩(wěn)定但超薄的保護層，該保護層由十八胺（ODA）和Al?Li合金（ALA）（表示為ALA-ODA）組成。

ODA是一種由?NH₂基團和長烷基鏈組成的表面活性劑。當將鋰金屬浸入AlCl₃?ODA?四氫呋喃（THF）混合物溶液中時，ODA中的?NH₂基團會與Li金屬反應形成Li₃N，并導致ODA在LMA表面上快速、定向和自限制組裝，從而形成薄而致密的層，用作膜體，有效阻止多硫化物離子到達。

同時，添加的AlCl₃中的Al³⁺離子在組裝過程中被?NH₂吸附，并被Li還原，在組裝層中產(chǎn)生均勻的Al分布。然后，Al與下面的Li反應，在LMA表面形成離子導電Al?Li合金，為穩(wěn)定的Li沉積提供均勻的Li離子傳輸路徑。

圖2. ALA-ODA層抑制Li枝晶的形成

此外，具有良好穩(wěn)定性的非極性烷基鏈朝向電解液排列，防止長時間循環(huán)中多硫化物在表面上的吸附。

因此，帶有ALA-ODA保護層的LMA可防止與LiPS的副反應以及組裝的Li-S電池的自放電。在Li₂S₆存在下，對稱電池可以穩(wěn)定循環(huán)500小時以上，具有硫碳納米管混合正極的組裝電池在850多次循環(huán)中具有0.051%的低每循環(huán)容量衰減，并且在8 mg cm^?2的高硫負載下也表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性，這表明這是一種直接而有希望的測略，可以穩(wěn)定高活性的負極，以用于實際應用。

圖3. ALA-ODA保護的LMA在Li?S電池中的穩(wěn)定性

A Permselective Coating Protects Lithium Anode toward a Practical Lithium–Sulfur Battery. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.2c10047

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