鋰多硫化物(LIPs)的穿梭效應(yīng)是阻礙鋰硫電池商業(yè)化的關(guān)鍵問題之一，它導(dǎo)致鋰硫電池容量的嚴(yán)重下降。本文報(bào)道了Ti
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2Tx-MXene和氧化石墨烯 (GO) 多層膜通過利用微/介孔的物理抑制和表面官能團(tuán)的化學(xué)吸收來抑制穿梭效應(yīng)。Go 和 mxene GO和MXene豐富的表面官能團(tuán)吸引鋰離子(Li
+) ，通過靜電親和和排斥力排出帶負(fù)電的多硫化物(Sn
2-)。采用簡(jiǎn)單的真空過濾方法將單質(zhì)硫(S
8)封裝在 Go和Mxene膜（GSM）之間，分別作為偏移分離器和官能化集電器。功能拮抗 GSM 直接作用于 LSBs 的陰極，在初始循環(huán)0.1 C 時(shí)具有1425 mAhg
–1的比容量。大量的官能團(tuán)可以化學(xué)吸附LIPs，500次循環(huán)后的循環(huán)保留率高達(dá)85.1% 。此外，由于2D納米材料，MXene 和氧化石墨烯的超薄 GSM 的靈活性，用用PEO-LiTFSI 電解質(zhì)證明了柔性LSB。
方案一、 a) Ti
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2Tx-MXene 和氧化石墨烯 (GO ) 的合成路線，b) GSM復(fù)合材料的制備，顯示出表面官能團(tuán)對(duì)多硫化鋰的有效化學(xué)吸附。
Figure 1：氧化石墨烯/硫/MXene（GSM）的SEM圖像。a) GSM 的橫截面圖像 ，b) GO和硫之間邊界的橫截面圖像 ，c)硫和MXene之間邊界的橫截面圖像。d，e)GO片的高分辨率透射電子顯微鏡圖像，f，g)具有原子晶格的MXene片的高分辨率透射電子顯微鏡圖像。
Figure 2. a) MXene 和 GO 的 Brunauer-Emmett-Teller (BET) 分析，以及顯示孔徑分布的插圖,GO 在 1.5-3 nm 范圍內(nèi)，b) MXene 和 GO 的拉曼光譜，c) MXene 和GO傅里葉變換紅外光譜，表明豐富的官能團(tuán)（-OH、-COOH、-F），
d）MXene、GO 和元素硫的 X 射線衍射圖，e，f）GO的 C 1s 和 O1s XPS 結(jié)果， g-i) MXene 的 Ti 2p、C1s 和 O1s XPS 結(jié)果,解釋了化學(xué)鍵。
Figure 3. a) 固態(tài) NMR 1H NMR，觀察 CH
2O和CH
2環(huán)氧化物官能團(tuán)，b) 固態(tài)13C NMR，獲得羧基、羥基和環(huán)氧基，c) MXene 和 GO 水分散體的 Zeta 電位為pH 值的函數(shù)，d-g) 在 0、12、24 和 36 小時(shí)時(shí)使用市售的聚丙烯 (PP) 隔膜進(jìn)行可視化多硫化鋰擴(kuò)散測(cè)試的光學(xué)圖像，h-k) 在 0 時(shí)的 GO/MXene 雙層復(fù)合材料，圖 12、24 和 36 小時(shí)，由H 型電解池中的 Li
2S
6（左）、GM（中）和 DOL/TEGDME（右）組成。
Figure 4. 電化學(xué)測(cè)量；a) GSM 和 S
8/PP 電池在 0.1、0.2、1.0 和 2.0 C 下的長期循環(huán)測(cè)試，b) 在從第 1 次到第 100 次循環(huán)的 C-rate 為 0.1C (200 mA g
-1)，c) 不同 C-rate（0.1 到 6C）下的充放電曲線，d）從 0.1 到 6.0 C 的倍率能力測(cè)試，e) 掃描速率為 0.1 mV s
-1, f，g） 時(shí)的循環(huán)伏安 (CV) 測(cè)量）各種掃描速率（0.1、0.2、0.3、0.4 和 0.5 mV s
-1）下的 CV 測(cè)量，顯示反應(yīng)電位位移，h) 電化學(xué)阻抗譜 (EIS) 從 500 000 到 0.1 Hz，表明半圓阻抗和 Warburg 阻抗，
i) 與其他已發(fā)表的研究結(jié)果在不同 C 率下的比較圖。
Figure 5. a,b) 所得 GSM 復(fù)合材料的數(shù)字圖像，暗GO側(cè)（左）和亮的MXene側(cè)（右），c) 滴鑄用于柔性鋰硫電池 (FLSB) 的 PEO-LiTFSI 的制造過程的數(shù)字圖像特氟隆模具中，以1制造FLSB，正常狀態(tài)和50個(gè)LED燈泡，f）充放電曲線的性能d，e）的數(shù)字圖像ST，2次，3次，5次，20次和50次循環(huán)，袋型電池在 0.1C (180 mA g
-1 ) 下測(cè)量，g) 100 次循環(huán)的長期循環(huán)穩(wěn)定性，表明循環(huán)保持率為 76.69%（每個(gè)循環(huán) 0.00797%
-1），h) 在幾個(gè)條件下的 CV 測(cè)量0.1 至 0.5 mV s
-1的掃描速率,，i) FLSB 的 EIS，在 Warburg 區(qū)域和插圖中為64.47°，在中頻區(qū)域顯示放大的半圓。
相關(guān)研究成果由韓國科學(xué)技術(shù)院Sanghee Nam課題組于2021年發(fā)表在《Advanced Materials Technologies》上。原文：Collectively Exhaustive MXene and Graphene Oxide Multilayer for Suppressing Shuttling Effect in Flexible Lithium Sulfur Battery。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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