Chem. Eur. J. ：二硒化镍纳米片集成碳纳米管杂化膜用于锂硫电池多硫化物催化转化

江苏大学姚山山课题组通过简易的水热法-真空过滤技术将二硒化镍纳米片集成在碳纳米管表面并制备为杂化膜（NSN@CNTs），利用碳纳米管优异的导电性能和NSN优异的催化性能，促进锂硫电池的高效电化学转化，也有利于开发更先进的锂硫电池。

NSN@CNTs作用原理图

锂硫电池（LSB）被认为是未来最有前景的储能技术之一，其理论比容量（1675 mAh g^-1）和能量密度（2600 Wh kg^-1）均优于其他储能技术。此外，它们的低成本和环保特性使其成为开发可持续能源系统的理想选择。尽管LSB具有高能量密度和低成本的优势，但实现其实际应用仍面临挑战。硫和产物（Li₂S₂/Li₂S）所表现出的电子绝缘性大大降低了电子传输能力，从而降低了活性材料的利用率，导致倍率性能低下。此外，多硫化物中间产物不断溶解到电解液中导致穿梭效应，带来活性物质的损耗。硫正极的多相转变也会导致氧化还原反应缓慢、库仑效率降低和容量快速衰减等各种问题。

为了解决这一问题，姚山山课题组将二硒化镍纳米片修饰碳纳米管（NSN@CNTs）杂化膜与液态活性物质Li₂S₆结合作为正极材料应用于锂硫电池。其一维碳纳米管具有优异的导电性，可通过相互交联的三维结构实现快速的电子/离子传输。同时二硒化镍纳米片的极性对多硫化锂具有很强的亲和力，可有效固定多硫化锂，促进多硫化物的氧化还原转化，并有效降低反应能垒。

CNTs/Li₂S₆和NSN@CNTs/Li₂S₆电极：（a）0.2 C下的循环性能（硫负载量：5.4 mg）；（b）不同电流密度下的倍率性能；（c）硫负载量10.8 mg、电流密度0.1 C下的循环性能

在该课题组的工作中，NSN@CNTs 杂化膜膜既是捕捉多硫化物的吸附剂，又是有效的电催化剂，在锂离子的扩散和转移、提高沉积比容量、抑制多硫化物的穿梭、促进氧化还原反应动力学和硫化锂的均匀沉积等方面表现出更高的性能。在 0.2 C 倍率下，使用5.4 mg硫负载量的NSN@CNTs膜在锂硫电池中表现出高达1123.8 mAh g^-1初始比放电容量，并在循环 300 次后仍保持786.5 mAh g^-1的可逆容量。此外，即使在高达10.8 mg的硫负载量下，该杂化膜在100次的循环后容量仍有6.9 mAh。基于上述优异的电化学特性，NSN@CNTs有望在高硫负荷条件下推动锂硫电池的发展。

论文信息

Hybrid Membrane Composed of Nickel Diselenide Nanosheets with Carbon Nanotubes for Catalytic Conversion of Polysulfides in Lithium-Sulfur Batteries

Hongtao Liu, Chao Ma, Cuijuan Zhang, Wenwen Zhang, Yuge Deng, Huayu Sun, Xiangqian Shen, Shanshan Yao

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202303157