1. Adv. Mater.: 新型高供體數鋰硫電池電解液
在鋰硫電池中，多硫化鋰作為連接正極氧化態(tài)物種硫和還原態(tài)物種硫化鋰的橋梁，起到了重要作用。由于在實用電池中電解液用量很小，多硫化鋰溶解度有限，因此會造成硫利用率低等問題。近日，韓國首爾國立大學的Kookheon Char和Jang Wook Choi課題組使用酰胺類高供體溶劑為鋰硫電池電解液，實現了貧液鋰硫電池的高能量密度。
本文要點
1) 首次提出以1,3-二甲基-2-咪唑啉酮（DMI）為鋰硫電池溶劑。DMI對多硫化鋰溶解度高，且二者不發(fā)生反應；
2) 作者使用0.5 M LiNO3作為添加劑來穩(wěn)定鋰負極，以提升鋰硫電池循環(huán)性能；
3) 在5 μL/mg(s)的液硫比，0.03 C倍率條件下，電池展示出1595 mAh/g的比容量，80周循環(huán)后容量保持率為59.6 %。
參考文獻：
M. Baek et al. New High Donor Electrolyte for Lithium–Sulfur Batteries, Adv. Mater., 2020
DOI: 10.1002/adma.202005022
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202005022
2. 劉忠范院士AM：用于Li-S電池的高效多硫化物固定劑和鋰穩(wěn)定劑V8C7-VO2雙功能支架的三維打印
鋰硫（Li-S）電池因其成本低、能量密度高而引起了人們的極大興趣。然而，嚴重的多硫化物的穿梭效應和鋰枝晶不可控生長都極大地阻礙了Li-S電池的商業(yè)化進程。近年來，用來同時調控多硫化物行為和抑制鋰枝晶生長的合理方法得到了迅速發(fā)展。然而，高性能鋰硫電池的主要障礙仍然在于有限的雙功能材料候選材料，以及缺乏有效可定制設備的先進技術。近年來，3D打印(3DP)技術的蓬勃發(fā)展，極大地促進了儲能和生物醫(yī)學電子領域的設備創(chuàng)新。
有鑒于此，北京大學劉忠范院士，蘇州大學孫靖宇教授報道了一種“二合一”的策略，通過3DP技術來制備V8C7-VO2異質結構支架，作為高性能Li-S電池的雙效多硫化物固定劑和鋰枝晶抑制劑。
文章要點
1）研究人員從NH4VO3，葡萄糖和尿素前體開始，通過將簡單的退火工藝與水熱反應相結合，成功生產出V8C7–VO2納米花。所獲得的材料作為關鍵的3DP油墨配方。接下來，利用硫胺化學路線，將硫納米顆粒負載到V8C7–VO2上，形成V8C7–VO2/S。在整個基于擠壓的3DP策略中，可以以便捷，可控制和可擴展的方式精確地構建各種形狀的定制架構。
2）基于該策略設計的V8C7-VO2極性和導電異質結構能夠提供很強的捕獲性和多硫化物的快速轉化。此外，這種具有親鋰性質的異質結構將誘導Li的均勻生長，從而有效地降低成核過電勢，抑制枝晶的形成。
3）得益于3DP -V8C7-VO2支架的大孔體積、高電導率和暢通的離子傳輸路徑，所研制的3DP-V8C7-VO2/S電極具有優(yōu)異的倍率性能（6.0 C 下的容量達到643.5 mAh g?1），良好的循環(huán)穩(wěn)定性（4 C下，經過900次循環(huán)后，每循環(huán)的容量損失僅為0.061%）。令人激動的是，與兩個3DP主機集成的Li-S電池在高硫負荷下實現了高面積容量（7.36mAh cm?2，硫負荷為9.2 mg cm?2，CE超過99.7%）。此外，將3DP-V8C7-VO2/S||3DP-V8C7-VO2@Li直接用作手環(huán)電池時，可以成功為電子手環(huán)表供電，從而為可穿戴能源應用帶來了無限希望。
Jingsheng Cai, et al, 3D Printing of a V8C7-VO2 Bifunctional Scaffold as an Effective Polysulfide Immobilizer and Lithium Stabilizer for Li–S Batteries, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202005967
https://doi.org/10.1002/adma.202005967
3. 河南大學ACS Nano：內建晶面自調節(jié)以選擇性S/Li2S轉換用于高體積能量密度鋰硫電池
重量、面積和體積容量對二次電池的市場占有率具有重要影響。盡管碳質材料在改善鋰硫電池的重量和面容量方面處于領先地位。但其也存在一些固有的缺陷，如對多硫化鋰（LiPS）的固定不充分，振實密度低，體積性能差以及循環(huán)性能差等。
近日，河南大學肖助兵教授報道了一種共晶鹽-佐劑固相合成方法，以在相對較低的溫度下制備具有高振實密度的金屬ZrB2納米片。
文章要點
1）結合第一性原理計算和光譜學研究，研究人員證實了在局部暴露的B和Zr位置上內置的Li-S電化學Janus晶體刻面自介導行為，其中帶負電的B位置主要介導了放電過程，而帶正電的Zr原子可在充電過程中將LiPS進一步氧化為最終產物S，即使在高電流密度和高硫負荷下，也能實現高硫利用率。
2）與先前通過非特異性介導行為捕獲LiPS的策略不同，這種策略對Li-S電化學的選擇性催化性能非常有效。結果顯示，所制備的緊密堆積的ZrB2-S電極可提供8.5 mAh cm-2的高面積容量和533 Wh L-1的電池級體積能量密度，以及7.8 mg cm-2的高硫負載量和超低電解質劑量。
這項工作提出了從電池級角度開發(fā)高性能Li-S電池的設計準則。
Tianli Wu, et al, Selective S/Li2S Conversion via in-Built Crystal Facet Self-Mediation: Toward High Volumetric Energy Density Lithium?Sulfur Batteries, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c04933
https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c04933
4.用Co9S8@MoS2核?殼結構解開MoS2的能帶結構提高鋰?硫電池的催化活性
在鋰硫電池（LSBs）中引入雙功能中間層可有效抑制“穿梭效應”和提高緩慢的硫轉化動力學。其對金屬硫化物的能帶結構的調節(jié)則可以有效提高其催化活性，對于抑制多硫化鋰（LiPS）在LSBs中的穿梭效應起到了重要作用。
有鑒于此，陜西科技大學許并社教授，杜高輝教授，蘇慶梅副教授報道了一種Co9S8@MoS2核?殼層異質結構，并將其固定在碳納米纖維(Co9S8@MoS2/CNF)上，作為抑制LiPS穿梭效應的中間層。所制備的復合異質結構是一種有效的替代材料，具有化學吸附和電化學催化之間的協(xié)同關系。
文章要點
1）研究人員首先采用靜電紡絲法制備了Co@Mo/PAN。將Co@Mo/PAN在260 °C的空氣中收集并穩(wěn)定2 h，然后在600 ℃的硫氣氛中反應2 h，得到Co9S8@Mo/CNF。
2）研究發(fā)現，Co9S8核可以有效地調節(jié)MoS2殼層的能帶結構，Co9S8@MoS2/CNF能有效地捕獲LiPSs，使LiPSs轉化為Li2S2，進而從Li2S2轉化為Li2S。重要的是，在高硫負載量分別為6和10 mg cm?2的情況下，電池循環(huán)50次后仍能保持1002和986 mA g?1的高容量。
研究工作突出了原子級異質結構作為多功能中間層的設計，具有吸附和催化雙功能協(xié)同作用。最終有效地緩解了LiPSs的穿梭效應，增強了LiPSs的電化學氧化還原反應，極大促進了LSB的實際應用前景。
Boyu Li, et al, Tuning the Band Structure of MoS2 via Co9S8@MoS2 Core?Shell Structure to Boost Catalytic Activity for Lithium?Sulfur Batteries, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c07332
https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c07332
