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鋰硫（Li-S）電池具有理論比容量高（1675 mAh g-1）、硫資源豐富、生產(chǎn)成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點，是最具發(fā)展前景的下一代可充儲能器件之一。但多硫化物的“穿梭效應(yīng)”會導(dǎo)致金屬鋰負極鈍化，電池容量和庫倫效率下降，循環(huán)穩(wěn)定性變差。要實現(xiàn)Li-S電池的商業(yè)化，需要抑制其嚴重的“穿梭效應(yīng)”。商業(yè)隔膜由于孔徑大，無法有效抑制這種影響。因此，對隔膜表面進行改性并引入功能改性層是一種有效的策略。除了阻斷策略外，多硫化物轉(zhuǎn)化反應(yīng)的催化作用也是阻礙多硫化物遷移的重要因素。

西南大學徐茂文等綜述了Li-S電池中隔膜改性、功能化和催化的原理，并對未來隔膜功能化和多硫化物催化的研究趨勢進行了展望。

圖1. 硫化物和碳涂層改性隔膜

隔膜改性和功能化一般采用刮涂、真空抽濾、原位生成或自組裝等方法。其作用原理可分為：

（1）靜電屏蔽/吸附、離子屏蔽等物理手段；

（2）金屬原子與硫原子鍵合；

（3）特定基團有機化合物與多硫化物鍵合；

（4）具有上述特性的新材料。

通過對近年來的研究成果進行整理和總結(jié)，作者認為功能性隔膜領(lǐng)域的研究主要分為以下幾個方面：對隔膜導(dǎo)電層進行改性，提高電化學反應(yīng)活性，提高活性物質(zhì)的利用率；引入吸附材料以固定游離多硫化物；引入帶負電荷的基團，通過靜電斥力抑制多硫化物穿透隔膜；引入催化功能，加速多硫離子轉(zhuǎn)化的動力學過程；優(yōu)化隔膜負極的接觸界面，提高鋰負極的界面穩(wěn)定性。這些研究策略可以緩解多硫離子的穿梭，提高活性物質(zhì)的利用效率，延長循環(huán)壽命、循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。

圖2. BTO和MOF改性隔膜

開發(fā)實用的先進改性隔膜需要從電化學、高分子科學、催化化學、自動化科學、機械工程、物理化學、納米材料等方面進行研究。近年來，隨著多種先進材料的引入和機理研究的深入，高性能改性隔膜在Li-S電池中的應(yīng)用呈現(xiàn)出巨大的發(fā)展前景。相信隨著隔膜研究的深入，將推動高性能Li-S電池的早期商業(yè)化應(yīng)用。這一多功能隔膜的概念在其他多電子轉(zhuǎn)換電化學儲能系統(tǒng)中也具有重要的借鑒意義。

圖3. 催化多硫化物增強氧化還原反應(yīng)的示意

Effects of catalysis and separator functionalization on high energy lithium sulfur batteries: A complete review. Energy & Environmental Materials 2022. DOI: 10.1002/eem2.12420

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西南大學徐茂文EEM：一文盡覽鋰硫電池改性隔膜研究進展！

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