由于可溶性聚硫锂(LiPSs)的穿梭效应，高面积容量锂硫电池的实际应用仍是一个难题。本文采用一种简单的反相方法，制备了一种用于高面积容量锂硫电池的装载了完全分散的单层MXene的分层多孔膜。三维分层多孔结构可以加强Li⁺和电子传输，适应硫的体积膨胀，使硫负载高，并为LiPSs锚定提供充足的活性位点。更重要的是，Ti₃C₂T_x纳米片在框架中均匀分散，防止了MXenes层的重新堆积，充分利用了纳米片的两面，从而进一步提高了Li⁺的扩散，丰富了LiPSs的吸附催化活性位点。得益于上述多路复用功能，Li-S电池在高硫负载下具有较高的比容量和循环稳定性。提出的策略为设计高面积容量锂硫电池的新型正极材料提供了启发。
 
图1  (a-b)多层Ti₃C₂T_x和Ti₃C₂T_x-CNT@C膜的示意图。(c) NC、Ti₃C₂-F和Ti₃C₂-O的态密度。(d) Li+离子在多层Ti₃C₂T_x的S/C浆液和Ti₃C₂T_x-CNT@C膜中穿过电解质的自由能。(e, f) Li+在NC、Ti₃C₂-F、Ti₃C₂-O及其优化的Li⁺扩散结构表面扩散的能量分布。 
 
图2. (a)多层Ti₃C₂T_x和(b)单层Ti₃C₂T_x的SEM图像。(c)分层Ti₃C₂T_x纳米片的TEM图像。 (d)单层Ti₃C₂T_x的HRTEM图像。(e-f) Ti₃C₂T_x-CNT@C膜的截面SEM图像。(g) Ti₃C₂T_x-CNT@C膜的EDX图像。(h) Ti₃C₂T_x-CNT@C膜的TEM图像，(i) EDX映射的STEM图像，表明Ti₃C₂T_x-CNT@C膜的(j) C， (k) N， (l) O， (m) F和(N) Ti元素的分布。 
 
图3 (a) Ti₃AlC₂、Ti₃C₂T_x纳米片和Ti₃C₂T_x-CNT@C膜的XRD图。(b)拉曼光谱，(c) Ti₃C₂T_x-CNT@C和CNT@C膜的氮吸附-解吸等温线。(d) C 1s， (e) N 1s， (f) Ti 2p循环前后和(g) Li 1s和(h) s2p循环Ti₃C₂T_x-CNT@C膜前后的XPS光谱。(i)具有CNT@C和Ti₃C₂T_x-CNT@C膜粉末的Li2S6和Li2S6的UV-Vis光谱。(j) LiPSs在不同界面上的吸附能。(k-m) NC、Ti₃C₂-O和Ti₃C₂-F与Li2S6的电荷密度。 
 
图4. (a)扫描速率为0.1 mV s⁻¹时Ti₃C₂T_x-CNT@C、CNT@C和多层Ti₃C₂T_x的CV曲线。(b-c) 0.5 C下典型循环恒流充放电曲线和放大放电曲线。(d) 4个单元的速率性能。在(e) 0.2 C， (f) 0.5 C， (g) 1.0 C和(h) 2.0 C的循环性能。硫负荷为1.2 mg cm^-2。(i)以Ti₃C₂T_x-CNT@C膜为阴极的Li-S电池在0.2 C下在不同硫负荷下的重量容量和(j)面积容量。 
 
图5。(a)具有不同膜的对称细胞的CV曲线。(b, c) Ti₃C₂T_x-CNT@C和CNT@C电池在2.05 V的恒电位放电曲线。(d) 二次阴极还原过程的Tafel图。(e)不同膜的电池EIS光谱，(f) Z1与ω−0.5在低频区的关系。(g) Li2S在n -石墨烯、Ti₃C₂-O和Ti₃C₂-F表面上解离的能量分布，以及(h-j)优化的三种表面结构。(k) n -石墨烯、Ti₃C₂-O和Ti₃C₂-F表面充电过程的能量分布。
 
      相关科研成果由大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室Xiangcun Li等人于2022年发表在Energy Storage Materials (https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.08.048)上。原文：Dispersing Single-Layered Ti₃C₂T_X Nanosheets in Hierarchically-Porous Membrane for High-Efficiency Li⁺ Transporting and Polysulfide Anchoring in Li-S Batteries。

转自《石墨烯研究》公众号