锂多硫化物(LIPs)的穿梭效应是阻碍锂硫电池商业化的关键问题之一，它导致锂硫电池容量的严重下降。本文报道了Ti₃C₂Tx-MXene和氧化石墨烯 (GO) 多层膜通过利用微/介孔的物理抑制和表面官能团的化学吸收来抑制穿梭效应。Go 和 mxene GO和MXene丰富的表面官能团吸引锂离子(Li⁺) ，通过静电亲和和排斥力排出带负电的多硫化物(Sn^2-)。采用简单的真空过滤方法将单质硫(S₈)封装在 Go和Mxene膜（GSM）之间，分别作为偏移分离器和官能化集电器。功能拮抗 GSM 直接作用于 LSBs 的阴极，在初始循环0.1 C 时具有1425 mAhg^–1的比容量。大量的官能团可以化学吸附LIPs，500次循环后的循环保留率高达85.1% 。此外，由于2D纳米材料，MXene 和氧化石墨烯的超薄 GSM 的灵活性，用用PEO-LiTFSI 电解质证明了柔性LSB。
 
  
方案一、 a) Ti₃C₂Tx-MXene 和氧化石墨烯 (GO ) 的合成路线，b) GSM复合材料的制备，显示出表面官能团对多硫化锂的有效化学吸附。
 
 
Figure 1：氧化石墨烯/硫/MXene（GSM）的SEM图像。a) GSM 的横截面图像 ，b) GO和硫之间边界的横截面图像 ，c)硫和MXene之间边界的横截面图像。d，e)GO片的高分辨率透射电子显微镜图像，f，g)具有原子晶格的MXene片的高分辨率透射电子显微镜图像。
 
  
Figure 2. a) MXene 和 GO 的 Brunauer-Emmett-Teller (BET) 分析，以及显示孔径分布的插图,GO 在 1.5-3 nm 范围内，b) MXene 和 GO 的拉曼光谱，c) MXene 和GO傅里叶变换红外光谱，表明丰富的官能团（-OH、-COOH、-F），
d）MXene、GO 和元素硫的 X 射线衍射图，e，f）GO的 C 1s 和 O1s XPS 结果， g-i) MXene 的 Ti 2p、C1s 和 O1s XPS 结果,解释了化学键。
 
 
Figure 3. a) 固态 NMR 1H NMR，观察 CH₂O和CH₂环氧化物官能团，b) 固态13C NMR，获得羧基、羟基和环氧基，c) MXene 和 GO 水分散体的 Zeta 电位为pH 值的函数，d-g) 在 0、12、24 和 36 小时时使用市售的聚丙烯 (PP) 隔膜进行可视化多硫化锂扩散测试的光学图像，h-k) 在 0 时的 GO/MXene 双层复合材料，图 12、24 和 36 小时，由H 型电解池中的 Li₂S₆（左）、GM（中）和 DOL/TEGDME（右）组成。
 
 
Figure 4. 电化学测量；a) GSM 和 S₈/PP 电池在 0.1、0.2、1.0 和 2.0 C 下的长期循环测试，b) 在从第 1 次到第 100 次循环的 C-rate 为 0.1C (200 mA g^-1)，c) 不同 C-rate（0.1 到 6C）下的充放电曲线，d）从 0.1 到 6.0 C 的倍率能力测试，e) 扫描速率为 0.1 mV s^-1, f，g） 时的循环伏安 (CV) 测量）各种扫描速率（0.1、0.2、0.3、0.4 和 0.5 mV s^-1）下的 CV 测量，显示反应电位位移，h) 电化学阻抗谱 (EIS) 从 500 000 到 0.1 Hz，表明半圆阻抗和 Warburg 阻抗，
i) 与其他已发表的研究结果在不同 C 率下的比较图。
 
  
Figure 5. a,b) 所得 GSM 复合材料的数字图像，暗GO侧（左）和亮的MXene侧（右），c) 滴铸用于柔性锂硫电池 (FLSB) 的 PEO-LiTFSI 的制造过程的数字图像特氟隆模具中，以1制造FLSB，正常状态和50个LED灯泡，f）充放电曲线的性能d，e）的数字图像ST，2次，3次，5次，20次和50次循环，袋型电池在 0.1C (180 mA g^-1 ) 下测量，g) 100 次循环的长期循环稳定性，表明循环保持率为 76.69%（每个循环 0.00797%^-1），h) 在几个条件下的 CV 测量0.1 至 0.5 mV s^-1的扫描速率,，i) FLSB 的 EIS，在 Warburg 区域和插图中为64.47°，在中频区域显示放大的半圆。
 
       相关研究成果由韩国科学技术院Sanghee Nam课题组于2021年发表在《Advanced Materials Technologies》上。原文：Collectively Exhaustive MXene and Graphene Oxide Multilayer for Suppressing Shuttling Effect in Flexible Lithium Sulfur Battery。

转自《石墨烯研究》公众号