在鋰硫電池中，多硫化物的氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)被不利的電子傳導(dǎo)和離子傳輸所阻撓。

貴州大學(xué)邵姣婧等通過(guò)將單層鋰-蒙脫土（MMT）和氮摻雜的還原氧化石墨烯（RGO）整合在一起，設(shè)計(jì)了一種具有快速離子/電子傳輸雙通道的二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)，以解決上述問(wèn)題。

圖1. MMT/RGO的合成

具體而言，這項(xiàng)工作通過(guò)GO和帶正電荷的MMT單層的靜電組裝以及熱退火，開(kāi)發(fā)出了一個(gè)在RGO上均勻分布MMT單層的二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)夾層。這樣的異質(zhì)結(jié)構(gòu)很好地整合了每個(gè)成分的優(yōu)點(diǎn)，MMT上完全暴露的Si-OH基團(tuán)通過(guò)基于路易斯酸的相互作用使異質(zhì)結(jié)構(gòu)與多硫化物具有很強(qiáng)的親和力，并且由于鋰離子擴(kuò)散障礙較低而實(shí)現(xiàn)了快速離子傳輸。附近的RGO為吸附的多硫化物提供了即時(shí)的電子傳導(dǎo)途徑，從而確保了快速的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

圖2. 對(duì)多硫化物的吸附和催化轉(zhuǎn)化

因此，采用異質(zhì)結(jié)構(gòu)夾層的鋰硫電池顯示出對(duì)多硫化物臭名昭著的”穿梭效應(yīng)”的有效抑制、0.2C時(shí)1317 mAh g^-1的高初始比容量、甚至在3C時(shí)848 mAh g^-1的高倍率容量、以及1C下200次循環(huán)中每循環(huán)0.011%和2C下600次循環(huán)中每循環(huán)0.067%的低容量衰減率。

此外，相應(yīng)的軟包電池在0.05C時(shí)顯示出1542 mAh g^-1的高初始放電容量。總之，這項(xiàng)工作展示了低成本和環(huán)保的粘土作為二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)夾層材料在實(shí)現(xiàn)高能量密度、長(zhǎng)壽命和高倍率Li-S電池方面的潛在應(yīng)用。

圖3. Li-S電池性能

Two-dimensional Montmorillonite-based Heterostructure for High-Rate and Long-Life Lithium-Sulfur Batteries. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.07.041