近日，华东理工大学化工学院功能炭材料研究团队在锂硫电池隔膜涂层改性方面取得新进展。相关研究成果发表在《先进能源材料》上。
锂硫电池超高的能量密度及环境友好等优势，使其成为继锂离子电池之后最具应用前景的电化学储能体系之一。但锂硫电池目前存在的关键问题是放电过程中，正极单质硫会形成多硫化锂中间产物，而多硫化锂易溶于醚类电解液，且商用聚丙烯隔膜的孔径又大于多硫离子的动力学直径，导致多硫化锂在充放电过程中发生穿梭效应。锂离子与多硫化锂之间的催化反应动力学，又是影响正极单质硫有效利用率、有效载硫量及其电化学性能的关键因素。为此，研究团队设计并合成了Mo₂C–MoS₂面内二维异质结构以用作隔膜涂层材料，并显著提升了炭黑/硫正极的综合电化学性能。
这种结构加速了固态硫化锂的均匀沉积与溶解，提高了电子和离子的迁移/扩散速率，并对固态硫化锂、可溶性多硫化锂呈现较高的催化氧化还原活性。因此，该研究成果通过提高可溶性多硫化锂的催化反应速率和转化效率，大幅提升了炭黑/硫正极的长循环容量和大电流倍率性能。
该研究为面内二维异质结构的界面结构设计提供了一种新方法，也为同类型二维材料的结构控制及其在电子、光电子、能量存储和转换等领域中的应用提供参考。