圖1. 應(yīng)用于鋰硫電池的SA-BC/SA-C隔膜的示意圖

鋰硫電池（LSB）遭遇的安全問題阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。南京大學(xué)姚亞剛等通過在超定向氮化硼@碳納米管（SA-BC）上交叉編織超定向碳納米管（SA-C），形成復(fù)合薄膜（SA-BC/SA-C），構(gòu)建了一種高導(dǎo)熱的隔膜，以制備具有更好電化學(xué)性能的安全LSB。

這種獨(dú)特的超定向結(jié)構(gòu)形成了一個(gè)均勻的熱場(chǎng)，其理論熱導(dǎo)率高達(dá)2000 W m^-1 K^-1，因此具有均勻熱場(chǎng)的雙層超定向結(jié)構(gòu)可迅速分散LSB在充電和放電過程中由內(nèi)阻產(chǎn)生的熱量，從而防止溫度的持續(xù)上升。

此外，氮化硼（BN）對(duì)多硫化物有很強(qiáng)的親和力，因此抑制了多硫化物的穿梭效應(yīng)。具體來說，復(fù)合結(jié)構(gòu)中有序的離子傳輸通道，加上它對(duì)電子的平滑傳導(dǎo)，增強(qiáng)了對(duì)高價(jià)多硫化物的捕獲，并加速了它們向低價(jià)硫化物的催化轉(zhuǎn)化。

另外，由BN納米片包裹的超定向交錯(cuò)結(jié)構(gòu)還產(chǎn)生了分子刷效應(yīng)，使離子流均勻化，從而緩解了由局部離子濃度高引起的枝晶生長(zhǎng)。通過這種方式，促進(jìn)了鋰金屬的均勻沉積。此外，BN是不可燃的，這消除了有機(jī)隔膜燃燒的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2. SA-BC/SA-C隔膜的物理特性

受益于上述優(yōu)勢(shì)，采用SA-BC/SA-C隔膜構(gòu)建的LSB顯示出相當(dāng)大的熱管理能力和出色的電化學(xué)性能。在高工作溫度（60℃）下，它有很高的倍率性能（5C時(shí)為541.5 mAh g^-1）和出色的循環(huán)穩(wěn)定性（在2C下的300次循環(huán)中每循環(huán)容量衰減率低至0.026%）。

此外，即使在高硫負(fù)載（3 mg cm^-2）的情況下，基于SA-BC/SA-C隔膜的LSB也能提供較高的放電容量（在0.3 C下經(jīng)過100次循環(huán)后具有588.6 mAh g^-1）。這種”三合一”的多功能隔膜設(shè)計(jì)策略構(gòu)成了克服LSB安全問題的新途徑。

圖3. LSB的電化學(xué)性能

“Three-in-one” strategy: Heat regulation and conversion enhancement of a multifunctional separator for safer lithium–sulfur batteries. Carbon Energy 2023. DOI: 10.1002/cey2.352