氮化钼中间层缓解锂硫电池穿梭效应难题

近日，哈尔滨工业大学张乃庆教授研究团队设计出了一种石墨烯负载氮化钼纳米片结构的锂硫电池中间层，其具有阻挡多硫化锂和防止硫化锂堆积的作用，能有效缓解锂硫电池容量严重衰减的问题，进而延长单次充电的续航时间。该研究成果以MoN Supported on Graphene as a Bifunctional Interlayer for Advanced Li-S Batteries为题已发表在国际期刊Advanced Energy Materials上。

锂硫电池是以硫元素作为正极，金属锂作为负极的一种锂电池，其理论比能量高达 2600Wh/kg，远高于目前主流的三元电池，是破解新能源汽车“里程焦虑”备选项之一。

但是，其在实际应用中仍受到较大的阻碍，一是由于硫单质及还原产物多硫化合物（Li2S/Li2S2）的导电率较低，导致锂硫电池中活性物质利用率低，倍率性能差；二是在循环过程中会产生的可溶性多硫化物，导致“穿梭效应”的出现，从而降低硫活性物质的利用率，造成锂硫电池不可逆容量的损失。因此，抑制多硫化物的穿梭效应是提高锂硫电池综合性能的关键。

研究人员表示，解决“穿梭效应”的有效手段是在正极和隔膜之间插入能够阻挡多硫化锂通过的中间层。

对此，张乃庆课题组研制出了一种石墨烯负载氮化钼纳米片结构的中间层，其在一定程度上能缓解锂硫电池的难题。

研究表明，氮化钼和多硫化锂之间的强化学键合和色散相互作用能够有效阻止多硫化锂的扩散；氮化钼的路易斯酸性表面可以通过共价-活化机制降低硫化锂中锂-硫键的结合，促进硫化锂的分解。

实验结果显示，使用石墨烯负载氮化钼纳米片结构中间层的碳-硫复合正极在1C倍率下，循环1500次后容量衰减率仅为每次循环0.023%；在7mg/cm2的高硫负载面密度下，0.1C倍率下循环后仍有6.02mAh/cm2的面积比容量。可见，采用该中间层后锂硫电池的电化学性能表现极其良好，这也证明了解决“穿梭效应”问题的中间层设计理念的先进性。

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