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        由于可溶性聚硫鋰(LiPSs)的穿梭效應，高面積容量鋰硫電池的實際應用仍是一個難題。本文采用一種簡單的反相方法，制備了一種用于高面積容量鋰硫電池的裝載了完全分散的單層MXene的分層多孔膜。三維分層多孔結構可以加強Li⁺和電子傳輸，適應硫的體積膨脹，使硫負載高，并為LiPSs錨定提供充足的活性位點。更重要的是，Ti₃C₂T_x納米片在框架中均勻分散，防止了MXenes層的重新堆積，充分利用了納米片的兩面，從而進一步提高了Li⁺的擴散，豐富了LiPSs的吸附催化活性位點。得益于上述多路復用功能，Li-S電池在高硫負載下具有較高的比容量和循環穩定性。提出的策略為設計高面積容量鋰硫電池的新型正極材料提供了啟發。
 
圖1  (a-b)多層Ti₃C₂T_x和Ti₃C₂T_x-CNT@C膜的示意圖。(c) NC、Ti₃C₂-F和Ti₃C₂-O的態密度。(d) Li+離子在多層Ti₃C₂T_x的S/C漿液和Ti₃C₂T_x-CNT@C膜中穿過電解質的自由能。(e, f) Li+在NC、Ti₃C₂-F、Ti₃C₂-O及其優化的Li⁺擴散結構表面擴散的能量分布。 
 
圖2. (a)多層Ti₃C₂T_x和(b)單層Ti₃C₂T_x的SEM圖像。(c)分層Ti₃C₂T_x納米片的TEM圖像。 (d)單層Ti₃C₂T_x的HRTEM圖像。(e-f) Ti₃C₂T_x-CNT@C膜的截面SEM圖像。(g) Ti₃C₂T_x-CNT@C膜的EDX圖像。(h) Ti₃C₂T_x-CNT@C膜的TEM圖像，(i) EDX映射的STEM圖像，表明Ti₃C₂T_x-CNT@C膜的(j) C， (k) N， (l) O， (m) F和(N) Ti元素的分布。 
 
圖3 (a) Ti₃AlC₂、Ti₃C₂T_x納米片和Ti₃C₂T_x-CNT@C膜的XRD圖。(b)拉曼光譜，(c) Ti₃C₂T_x-CNT@C和CNT@C膜的氮吸附-解吸等溫線。(d) C 1s， (e) N 1s， (f) Ti 2p循環前后和(g) Li 1s和(h) s2p循環Ti₃C₂T_x-CNT@C膜前后的XPS光譜。(i)具有CNT@C和Ti₃C₂T_x-CNT@C膜粉末的Li2S6和Li2S6的UV-Vis光譜。(j) LiPSs在不同界面上的吸附能。(k-m) NC、Ti₃C₂-O和Ti₃C₂-F與Li2S6的電荷密度。 
 
圖4. (a)掃描速率為0.1 mV s⁻¹時Ti₃C₂T_x-CNT@C、CNT@C和多層Ti₃C₂T_x的CV曲線。(b-c) 0.5 C下典型循環恒流充放電曲線和放大放電曲線。(d) 4個單元的速率性能。在(e) 0.2 C， (f) 0.5 C， (g) 1.0 C和(h) 2.0 C的循環性能。硫負荷為1.2 mg cm^-2。(i)以Ti₃C₂T_x-CNT@C膜為陰極的Li-S電池在0.2 C下在不同硫負荷下的重量容量和(j)面積容量。 
 
圖5。(a)具有不同膜的對稱細胞的CV曲線。(b, c) Ti₃C₂T_x-CNT@C和CNT@C電池在2.05 V的恒電位放電曲線。(d) 二次陰極還原過程的Tafel圖。(e)不同膜的電池EIS光譜，(f) Z1與ω−0.5在低頻區的關系。(g) Li2S在n -石墨烯、Ti₃C₂-O和Ti₃C₂-F表面上解離的能量分布，以及(h-j)優化的三種表面結構。(k) n -石墨烯、Ti₃C₂-O和Ti₃C₂-F表面充電過程的能量分布。
 
      相關科研成果由大連理工大學化工學院精細化工國家重點實驗室Xiangcun Li等人于2022年發表在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。

轉自《石墨烯研究》公眾號