贵大邵姣婧EnSM：基于二维蒙脱土的高倍率和长寿命锂硫电池

在锂硫电池中，多硫化物的氧化还原反应动力学被不利的电子传导和离子传输所阻挠。

贵州大学邵姣婧等通过将单层锂-蒙脱土（MMT）和氮掺杂的还原氧化石墨烯（RGO）整合在一起，设计了一种具有快速离子/电子传输双通道的二维异质结构，以解决上述问题。

图1. MMT/RGO的合成

具体而言，这项工作通过GO和带正电荷的MMT单层的静电组装以及热退火，开发出了一个在RGO上均匀分布MMT单层的二维异质结构夹层。这样的异质结构很好地整合了每个成分的优点，MMT上完全暴露的Si-OH基团通过基于路易斯酸的相互作用使异质结构与多硫化物具有很强的亲和力，并且由于锂离子扩散障碍较低而实现了快速离子传输。附近的RGO为吸附的多硫化物提供了即时的电子传导途径，从而确保了快速的电化学氧化还原反应动力学。

图2. 对多硫化物的吸附和催化转化

因此，采用异质结构夹层的锂硫电池显示出对多硫化物臭名昭著的”穿梭效应”的有效抑制、0.2C时1317 mAh g^-1的高初始比容量、甚至在3C时848 mAh g^-1的高倍率容量、以及1C下200次循环中每循环0.011%和2C下600次循环中每循环0.067%的低容量衰减率。

此外，相应的软包电池在0.05C时显示出1542 mAh g^-1的高初始放电容量。总之，这项工作展示了低成本和环保的粘土作为二维异质结构夹层材料在实现高能量密度、长寿命和高倍率Li-S电池方面的潜在应用。

图3. Li-S电池性能

Two-dimensional Montmorillonite-based Heterostructure for High-Rate and Long-Life Lithium-Sulfur Batteries. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.07.041