鋰硫（Li-S）電池在循環(huán)過(guò)程中受到穿梭效應(yīng)和緩慢的氧化還原動(dòng)力學(xué)影響，導(dǎo)致性能不佳。特別是，這些問(wèn)題在較寬的溫度范圍內(nèi)被放大，限制了Li-S電池的實(shí)際應(yīng)用。過(guò)渡金屬的化學(xué)吸附和催化應(yīng)用是捕獲多硫化物并加快轉(zhuǎn)化率的有效策略。

中科院金屬所孫振華、吉林大學(xué)張冬、岳惠娟等人提出了一種由均勻分散在N摻雜石墨烯(Fe₂N/N-rGO)上的氮化鐵納米顆粒改性的新型隔膜。

首先，導(dǎo)電Fe₂N/N-rGO復(fù)合材料具有高比表面積和豐富的孔結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定的三維導(dǎo)電石墨烯骨架可以促進(jìn)反應(yīng)過(guò)程中的離子和電子轉(zhuǎn)移。

其次，均勻分布的Fe₂N納米粒子對(duì)多硫化物有很強(qiáng)的吸附作用，結(jié)合rGO納米片的物理攔截，可以更有效地抑制穿梭效應(yīng)。

第三，F(xiàn)e₂N/N-rGO對(duì)LiPSs和Li₂S之間快速氧化還原轉(zhuǎn)化的雙向催化活性增強(qiáng)了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，顯著提高了活性材料的利用率和電化學(xué)性能。

圖1 材料制備及表征

此外，F(xiàn)e₂N在低溫下仍能加速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并且在高溫下可抑制多硫化物的穿梭。因此，包含F(xiàn)e₂N/N-rGO的組裝電池實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)循環(huán)壽命（1C下每個(gè)循環(huán)平均衰減0.05%，持續(xù)700次循環(huán)）和高倍率性能（5C下為688 mAh g^-1）。

更重要的是，這些電池在50°C和0°C下分別具有1043 mAh g^-1和778 mAh g^-1的高容量。該工作為未來(lái)Li-S電池的實(shí)際應(yīng)用提供了更廣闊的思路。

圖2 不同溫度下的電化學(xué)性能

Conductive Fe2N/N-rGO composite boosts electrochemical redox reactions in wide temperature accommodating lithium-sulfur batteries. Chemical Engineering Journal 2021. DOI: 10.1016/j.cej.2021.131622