孙振华/张冬/岳惠娟CEJ：导电Fe2N/N-rGO促进宽温锂硫电池的电化学氧化还原反应

锂硫（Li-S）电池在循环过程中受到穿梭效应和缓慢的氧化还原动力学影响，导致性能不佳。特别是，这些问题在较宽的温度范围内被放大，限制了Li-S电池的实际应用。过渡金属的化学吸附和催化应用是捕获多硫化物并加快转化率的有效策略。

中科院金属所孙振华、吉林大学张冬、岳惠娟等人提出了一种由均匀分散在N掺杂石墨烯(Fe₂N/N-rGO)上的氮化铁纳米颗粒改性的新型隔膜。

首先，导电Fe₂N/N-rGO复合材料具有高比表面积和丰富的孔结构，其稳定的三维导电石墨烯骨架可以促进反应过程中的离子和电子转移。

其次，均匀分布的Fe₂N纳米粒子对多硫化物有很强的吸附作用，结合rGO纳米片的物理拦截，可以更有效地抑制穿梭效应。

第三，Fe₂N/N-rGO对LiPSs和Li₂S之间快速氧化还原转化的双向催化活性增强了反应动力学，显著提高了活性材料的利用率和电化学性能。

图1 材料制备及表征

此外，Fe₂N在低温下仍能加速反应动力学，并且在高温下可抑制多硫化物的穿梭。因此，包含Fe₂N/N-rGO的组装电池实现了长循环寿命（1C下每个循环平均衰减0.05%，持续700次循环）和高倍率性能（5C下为688 mAh g^-1）。

更重要的是，这些电池在50°C和0°C下分别具有1043 mAh g^-1和778 mAh g^-1的高容量。该工作为未来Li-S电池的实际应用提供了更广阔的思路。

图2 不同温度下的电化学性能

Conductive Fe2N/N-rGO composite boosts electrochemical redox reactions in wide temperature accommodating lithium-sulfur batteries. Chemical Engineering Journal 2021. DOI: 10.1016/j.cej.2021.131622