鋰-硫電池被認為是最具前景的電化學儲能技術(shù)之一。然而，可溶性中間產(chǎn)物的穿梭會導致鋰-硫電池的容量迅速衰減和循環(huán)穩(wěn)定性降低，嚴重時甚至引發(fā)短路。這些電化學挑戰(zhàn)對鋰-硫電池的實際應用構(gòu)成了嚴重障礙，尤其是在高硫負載（> 5 mg cm?2）、低電解液與硫比值（< 5 μL mg?1）及少鋰等條件下。 研究表明，設(shè)計一種能阻止可溶性中間產(chǎn)物穿梭并促進鋰離子快速傳遞的離子選擇性隔膜，是解決鋰-硫電池關(guān)鍵技術(shù)瓶頸的有效方法。然而，基于低成本、環(huán)保且普適性良好的理念，制備這類離子選擇性隔膜仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。 近日，中國科學院蘭州化物所的張俊平研究員團隊在前期研究的基礎(chǔ)上，以綠茶為研究對象，采用綠茶衍生多酚類化合物自發(fā)沉積在聚丙烯（PP）隔膜上制備了一種天然綠茶多酚增強的離子選擇性隔膜，有效提升了鋰-硫電池的電化學性能，尤其是在高硫負載、低電解液與硫比值及有限鋰過量的條件下。該隔膜的性能可以通過調(diào)節(jié)其微觀結(jié)構(gòu)（如：表面粗糙度、孔隙率和茶多酚涂層的厚度）進行定制，而這一調(diào)節(jié)過程僅需通過改變綠茶水溶液的浸泡時間來實現(xiàn)。這種方法不僅簡便，還為提高鋰-硫電池的性能提供了新的思路。
天然綠茶多酚增強的離子選擇性隔膜不僅實現(xiàn)了快速的鋰離子傳輸，還展現(xiàn)出了卓越的可溶性中間產(chǎn)物的抑制能力，其中Li2S4、Li2S6和Li2S8的穿梭率分別低至0.67%、0.19%和0.10%。這種優(yōu)異的離子選擇性歸功于多酚化合物的高度電子親和力和強烈的親鋰特性。 以5.7 mg cm?2的硫負載、5.1 μL mg?1的液流比和50 μm的鋰箔陽極組裝的鋰-硫電池，不僅實現(xiàn)了高達4.2 mAh cm?2的高面容量，還展現(xiàn)了良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。此外，該隔膜液顯著增強了其他鋰金屬電池的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，包括Li-LiFePO4電池和Li-LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2電池。本研究將推動天然多酚化合物在先進能源存儲系統(tǒng)中的應用探索，促進相關(guān)領(lǐng)域的進一步發(fā)展。 論文信息 Natural Polyphenol-Reinforced Ion-Selective Separators for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries with High Sulfur Loading and Lean Electrolyte Dr. Yanfei Yang, Wankai Wang, Prof. Junping Zhang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202417031
