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廈大方曉亮Small:三明治結(jié)構(gòu)雙功能隔膜助力穩(wěn)定的室溫鈉硫電池

廈大方曉亮Small:三明治結(jié)構(gòu)雙功能隔膜助力穩(wěn)定的室溫鈉硫電池
室溫鈉硫(RT-Na-S)電池因其高理論能量密度和低成本而受到越來越多的關(guān)注。然而,傳統(tǒng)采用玻璃纖維(GF)隔膜組裝的RT-Na-S電池仍然受到多硫化物穿梭效應(yīng)和鈉枝晶生長的阻礙,這限制了電池的容量和循環(huán)穩(wěn)定性。
廈門大學(xué)方曉亮等提出了一種簡便的雙面涂層路線,用于改性商業(yè)聚烯烴隔膜,以構(gòu)建高性能RT-Na-S電池。
廈大方曉亮Small:三明治結(jié)構(gòu)雙功能隔膜助力穩(wěn)定的室溫鈉硫電池
圖1 MXene@C/PP/MXene@C隔膜的制備
只需用氮摻雜多孔碳涂層MXene(MXene@C)納米片對商用PP隔膜進行改性,所得的夾層結(jié)構(gòu)MXene@C/PP/MXene@C膜就可以作為雙功能隔膜來改善硫正極和鈉金屬負(fù)極(SMA)的電化學(xué)性能。值得注意的是,PP隔膜上的輕質(zhì)MXene@C涂層(單面約為0.1 mg cm-2)具有以下優(yōu)點:
(i) MXene@C納米片與Na-S電池電解液具有親和力,這提高了電解液對隔膜孔通道的滲透性;
(ii)導(dǎo)電的MXene@C涂層可用作正極和負(fù)極的上集流體,這使得隔膜能夠調(diào)節(jié)鈉沉積行為并提高SMA的穩(wěn)定性;
(iii) MXene@C納米片在PP表面上緊密堆疊在一起,可形成阻止多硫化鈉遷移的物理屏障;(iv)對于朝向正極的MXene@C涂層,多孔碳?xì)た梢圆东@多硫化鈉,內(nèi)部的MXene納米片能夠加速多硫化鈉的轉(zhuǎn)化,因此可以提高硫正極的硫利用率和穩(wěn)定性。
廈大方曉亮Small:三明治結(jié)構(gòu)雙功能隔膜助力穩(wěn)定的室溫鈉硫電池
圖2 半電池性能
得益于這些特性,采用三明治結(jié)構(gòu)MXene@C/PP/MXene@C隔膜所制備的RT-Na-S電池表現(xiàn)出顯著提高的容量(0.2 C時為1159 mAh g-1)和出色的循環(huán)性能(0.5 C下經(jīng)過650次循環(huán)后容量保持率為95.8%)。作者相信這種MXene@C改性的隔膜在其他能量密集的電池系統(tǒng)中也具有巨大的潛力,例如Li-S和Na-Se電池。
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圖3 全電池性能
Robust Room-Temperature Sodium-Sulfur Batteries Enabled by a Sandwich-Structured MXene@C/Polyolefin/MXene@C Dual-functional Separator. Small 2022. DOI: 10.1002/smll.202106983

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