鋰硫（Li-S）體系加上薄膜固態(tài)電解質(zhì)作為一種新型的高能微型電池，對于補充嵌入式能量采集器以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)微型設備的自主性具有巨大潛力。然而，S在高真空中的揮發(fā)性和內(nèi)在的遲緩動力學阻礙了研究人員將其融入全固態(tài)薄膜電池中，這導致在制造全固態(tài)薄膜Li -S電池（TFLSBs）方面缺乏經(jīng)驗。

圖1. TFLSB的制備示意圖

福州大學王星輝、湖南大學魯兵安等首次通過堆疊垂直石墨烯納米片-Li₂S（VGs-Li₂S）復合薄膜正極、鋰-磷-氧氮化物（LiPON）薄膜固態(tài)電解質(zhì)和鋰負極，成功創(chuàng)建了TFLSBs。全電池表現(xiàn)出卓越的電化學穩(wěn)定性，證明了將Li-S系統(tǒng)轉移到TFB的可行性。VGs-Li₂S復合薄膜正極在3,000次循環(huán)中具有優(yōu)異的電化學耐久性，這歸功于薄膜固態(tài)電解質(zhì)與VGs-Li₂S復合薄膜之間良好的兼容性和出色的界面穩(wěn)定性，這從根本上抑制了”穿梭效應”。

圖2. VGs-Li₂S薄膜正極的電化學性能

此外，所開發(fā)的固態(tài)Li-S系統(tǒng)可以在高達60℃的高溫下工作，并具有20.47 μAh cm^-2的高平均容量。更重要的是，基于VGs-Li₂S的TFLSBs可以在10 μA cm^-2的條件下進行500次循環(huán)，并提供5.52 μAh cm^-2的放電容量。

據(jù)作者所知，這是首次證明VGs-Li₂S基TFLSBs（VGs-Li₂S/LiPON/Li）的可循環(huán)性，這對于進一步提高TFB的面積和體積能量密度顯示出巨大的潛力。這些結果為Li₂S基正極材料在TFBs中的應用奠定了基礎，并可以為設計下一代高能量密度TFLSBs提供指導。

圖3. TFLSBs的電化學性能

All-Solid-State Thin-Film Lithium-Sulfur Batteries. Nano-Micro Letters 2023. DOI: 10.1007/s40820-023-01064-y