宋英泽/周光敏/王东AM：同时促进硫和锂物种的演化实现实用的锂硫电池

锂硫（Li-S）电池被认为是实现500Wh kg^-1能量密度最有希望的候选者之一。然而，穿梭效应、缓慢的硫转化动力学和锂枝晶生长的挑战严重阻碍了其实际应用。

图1. 基于VC的隔膜对硫和锂演化效率的尺寸效应的示意

西南科技大学宋英泽、清华大学深圳国际研究生院周光敏、吉林大学王东等设计了具有球形封闭结构的多尺度V₂C MXene（VC）作为高效的双功能促进剂，以用于促进Li-S电池中硫和锂物种的演化。

结合同步辐射X射线三维纳米计算机断层扫描（X射线三维纳米CT）、小角中子散射（SANS）技术和第一原理计算，作者发现VC的活性可以通过调节尺度来最大化，并且所获得的功能如下：

（1）由于有大量的活性位点，VC成为高效的多硫化锂（LiPS）清除剂；

（2）由于尺寸效应，VC对Li₂S的成核和分解反应动力学表现出显著改善的电催化功能；

（3）由于独特的离子筛效应，VC可以调节Li⁺的动态行为，从而有效地稳定锂的沉积/剥离。

图2. 用于电催化活性调控靶向高效硫转化反应的VC球体的尺寸控制

由于独特的尺寸效应，VC球体可以最大限度地发挥其活性，同时调节硫的演化、锂的剥离和沉积行为。

因此，优化后的Li-S电池在0.1C时可提供1206.4 mAh g^-1的显著初始放电容量，并在1C 下的600次循环中具有出色的循环稳定性，每循环的衰减率为0.04%。

另外，正极和负极的同步优化使Li-S电池具有卓越的b倍率性能，例如在高硫负载（8.1 mg cm^-2）和低E/S比（4 μL mg_S^-1）的情况下仍可以实现8.1 mA h cm^-2的高面容量。

图3. 采用VC/PP隔膜的锂硫电池的电化学性能

Dual-Functional V2C MXene Assembly in Facilitating the Sulfur Evolution Kinetics and Li-Ion Sieving towards Practical Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202300771