汪国秀/朱俊武Nat. Commun.：碱金属电池中阴阳离子迁移的原子尺度调节

阴离子和阳离子在原子尺度上的调控在基于膜的分离技术中具有重要意义。离子传输调节技术也可以在开发高性能碱金属电池（例如碱金属硫和碱金属硒电池）方面发挥关键作用。

这些电池存在碱金属离子（例如Li⁺或Na⁺）的不均匀传输和多硫化物/多硒化物（PS）阴离子的有害穿梭效应。这些缺点可能造成金属电极处碱金属沉积物的不利增长和正极活性材料的不可逆消耗，从而导致容量衰减和循环寿命降低。

澳大利亚悉尼科技大学汪国秀、南京理工大学朱俊武等人报道了一种采用具有Ti原子空位和带负电的Ti_0.87O₂纳米片来改性聚丙烯隔膜，以解决上述问题。

图1 二维多孔纳米片在膜分离和碱金属-S/Se电池中作为选择性离子筛的示意图

Ti原子空位可以作为亚纳米孔，使Ti_0.87O₂层成为一种有前途的隔膜涂层材料，用于在原子尺度上同时调节Li⁺/Na⁺和PS阴离子的迁移。

在碱金属电池的负极侧，带负电荷的纳米片提供了强大的静电相互作用，以实现Li⁺/Na⁺离子通量的有效粘附和均匀分布，从而减少了具有不利形态的Li/Na金属沉积物的生长。此外，丰富的Ti空位和纳米厚度为Li⁺/Na⁺阳离子的扩散提供了快速途径。

在碱金属电池的S/Se正极侧，具有高负电荷密度的带负电的Ti_0.87O₂纳米片通过强静电排斥效应有效地排除了PS阴离子。

此外，由于几何限制，尺寸大于Ti空位尺寸的PS阴离子被选择性排除。因此，当应用于Li-S、Li-Se和Na-Se电池时，Ti_0.87O₂涂层隔膜可实现长期循环稳定性。

图2 Ti_0.87O₂/PP隔膜抑制多硫化物穿梭的能力

图3 Li-S电池性能

Atomic-scale regulation of anionic and cationic migration in alkali metal batteries. Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-24399-9

原创文章，作者：科研小搬砖，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/11/03/f667af06f1/