兰亚乾/蔡跃鹏ACS Nano: 单原子锌和阴离子骨架作为Janus隔膜涂层抑制锂枝晶和穿梭效应

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兰亚乾/蔡跃鹏ACS Nano: 单原子锌和阴离子骨架作为Janus隔膜涂层抑制锂枝晶和穿梭效应Li-S电池产业化的两个关键问题是锂负极的枝晶生长和多硫化锂（LiPSs）的穿梭效应。两面都涂有相应功能材料的Janus隔膜可以同时高效地解决这两个问题，然而迄今为止，关于Li-S电池Janus隔膜中LiPSs催化转化的报道很少。
兰亚乾/蔡跃鹏ACS Nano: 单原子锌和阴离子骨架作为Janus隔膜涂层抑制锂枝晶和穿梭效应
在此，南京师范大学兰亚乾教授与华南师范大学蔡跃鹏教授、洪旭佳副研究员等人联合报道了一种通过在Celgard隔膜的每一侧涂覆具有阴离子骨架Bio-MOF-100及其衍生的单原子锌催化剂制备的Janus隔膜，将其命名为 SAZ-AF Janus隔膜。
Zn单原子对金属氧化物、金属纳米颗粒和金属碳化物表现出优异的催化性能，用Bio-MOF-100涂层组装的Li-Li对称电池在5 mA cm-2和10 mAh cm-2下可稳定循环2800 h，性能远远优于已报道的隔膜涂层。
兰亚乾/蔡跃鹏ACS Nano: 单原子锌和阴离子骨架作为Janus隔膜涂层抑制锂枝晶和穿梭效应
图1. Bio-MOF-100的表征
与其他报道的使用单原子催化剂作为涂层的隔膜相比，所制得的SAZ-AF Janus隔膜在Li-S电池中表现出优异的性能（2 C下1000次循环后容量衰减率为0.05%)，在保护锂负极方面表现出优异的性能（在10 mAh cm-2下稳定循环2800 h）。
此外，该隔膜应用范围广泛，在Li-SeS2或Li-Se电池中具有同样优异的循环性能。这项研究为制备具有广泛应用的高性能功能性隔膜提供了一种简便的方法。
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图2. 含有不同隔膜的锂硫电池电化学性能对比
Single-Atom Zinc and Anionic Framework as Janus Separator Coatings for Efficient Inhibition of Lithium Dendrites and Shuttle Effect, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c03876

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