西工大官操/张海峰AFM：双功能电极用于高性能锂硫电池

Li-S电池的商业应用受到许多挑战性问题的阻碍，特别是溶解的多硫化锂（LiPS）的穿梭效应和严重的枝晶生长。目前，应用单一基质材料具有双重功能，包括抑制LiPSs溶解/穿梭和引导Li均匀沉积/剥离已成为一种有前景的解决方案。然而，同时针对正极和负极侧的先进双功能电极的系统工作还很欠缺。

在此，西北工业大学官操、张海峰等人指出了这种双功能电极并总结了从选择主体材料到设计的最新进展。首先，阐述了单侧锂离子电池的难点和一般的解决方案。然后，讨论了碳基材料、单原子催化剂(SACs)、过渡金属化合物(TMCs)、异质结构杂化(HHs)和聚合物等不同材料作为双功能电极的电位。

在此基础上，探索并总结了浆涂自支撑(静电纺丝(ES)、3D打印(3DP)、溶剂法(SM)、化学气相沉积(CVD)和真空过滤(VF))等制备高性能双功能电极的方法。此外，还讨论了将这种双功能电极应用于其他金属硫电池的可能性。最后，对双功能电极的设计原则和未来的研究和商业应用前景提出了指导意见。

图1. Li─S全电池材料的双重功能示意图

总之，双功能电极在储能设备中的潜力正在开发中。对于大多数金属硫电池来说，正极和负极侧的双重功能不应仅限于限制LiPS的穿梭效应和引导离子均匀沉积。双功能设计还可以降低商业电池的成本并减少电池的厚度，以实现真正的灵活性和广泛应用。因此，进一步探索和研究双功能材料是必要的，特别是在非锂-硫电池中。

图2. 双功能电极原理及未来应用

Dual-Functional Electrodes for High-performance Lithium–Sulfur Cells, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202309345

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