上交努丽燕娜ACS Nano：通过磷化铜改性隔膜实现高性能Mg-S电池

镁硫（Mg-S）电池因其高能量密度和低成本而成为锂离子电池的一种有前景的替代品。

不幸的是，当前的Mg-S电池通常受到源自多硫化镁中间体溶解的穿梭效应的影响，从而导致一些问题，如容量快速衰减、大的过充电、严重的自放电和潜在的安全问题。

上海交通大学努丽燕娜等利用磷化铜（Cu3P）改性隔膜来实现对多硫化物镁的吸附，并催化S和Mg²⁺的转化反应，从而实现Mg-S电池的稳定循环。

图1. Mg-S电池和隔膜功能的示意图

具体而言，功能催化层由碳基质中的纳米受限Cu₃P构成(Cu₃P@C)，其源自金属有机框架（MOF）。

通过将Cu₃P@C复合材料构建在多孔PP膜上，可形成具有高电解液润湿性和良好热稳定性的多孔双功能膜。

密度泛函理论（DFT）计算和多硫化物渗透性测试表明，该催化层可以有效地吸附多硫化物，并大大降低穿梭效应。

图2. 多硫化物的计算和渗透性测试

因此，Mg-S电池获得了高比容量（0.1C下为450 mAh g⁻¹）、高倍率性能（1.0C时为249 mAh g^-1）和长循环寿命（在0.5C下可达500次循环），此外，即使在50℃的高温下也能实现稳定的性能。

机理研究发现，Cu₃P的表面氧化状态可以提供与多硫化物的表面相互作用，并将其快速转化为不溶性MgS₂/MgS，从而增强了Mg-S电池的电化学可逆性。

总之，这项研究为隔膜的设计和功能化提供了一种有效的策略，以实现Mg-S电池的稳定循环。

图3. Mg-S电池性能

Toward High-Performance Mg-S Batteries via a Copper Phosphide Modified Separator. ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c09302

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