​陈远富/吴琪AFM：双功能夹层实现无枝晶和无穿梭的锂硫电池！

锂-硫（Li-S）电池的工业化同时受到多硫化锂（LiPSs）的穿梭效应和锂负极上枝晶生长的阻碍。

电子科技大学陈远富、西藏大学吴琪等通过一种简便的可扩展方法，在聚丙烯隔膜上构筑了一种新型Mo₂N量子点修饰N掺杂石墨烯-纳米片（Mo₂N@NG）的亲硫性和亲锂性夹层，以解决这两个问题。

图1. 材料制备及表征

系统的密度泛函理论（DFT）理论计算和实验研究显示，分散在NG框架上的Mo₂N量子点同时表现出亲硫性和亲锂性的特征。此外，多孔的NG骨架既是三维电子通道，又是LiPSs库，加速了电子的快速转移，为LiPSs的扩散提供了有效的物理限制。

嵌入的极性Mo₂N量子点可以显著抑制LiPSs的穿梭效应，加速S和Li₂S之间的氧化还原反应，使LiPSs的积累失效，并提高电解液中活性硫的利用率。更重要的是，该混合框架显示出高通量的Li⁺扩散和均匀的锂沉积，成功地缓解了锂枝晶生长的形成。

图2. Li-S电池性能

受益于上述优势，采用Mo₂N@NG/PP隔膜的Li-S电池表现出优异的倍率性能（在4C下为860.2 mA h g^-1）、良好的循环稳定性（在2C下800次循环中每循环具有0.039%的容量衰减），受保护的锂负极也显示出稳定的性能（在5 mA cm^-2的运行1500小时）。

此外，Li-S软包电池在高负载/贫电解液条件下（4.5 mg cm^-2和6 µL mg^-1）也具有3.89 mA h cm^-2的高面容量。目前这种混合框架中的量子点策略具有很大的潜力，可以推广到其他过渡金属基催化剂，以用于先进的Li-S电池。

图3. 对LiPSs的吸附研究

Mo2N Quantum Dots Decorated N-doped Graphene Nanosheets as Dual-Functional Interlayer for Dendrite-Free and Shuttle-Free Lithium-Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202206113