鋰硫（Li-S）電池具有高能量密度、柔性和安全性等優勢，其對于新興的可植入設備、生物監測和卷式顯示器非常有吸引力。然而，現有硫正極、液體電解質和鋰負極循環穩定性和柔韌性差，易引發嚴重的電池性能退化和安全問題。

在此，清華大學深圳國際研究生院周光敏副教授、北京航空航天大學張世超教授及邢雅蘭副教授等人提出了一種金屬1T MoS₂和富氧空位Ti_nO_2n-1/MXene的分層雙功能催化劑（Mo-Ti/Mx）并將其錨定在還原氧化石墨烯-纖維素納米纖維（GN）主體上以制備柔性電極（Mo-Ti /Mx-GN），從而應對上述挑戰。通過應用定向冷凍工藝，實現了由具有長程對齊的波浪形多拱形態組成的柔性GN支架的層次結構。

DFT計算揭示了1T MoS₂和Ti_nO_2n-1/MXene作為催化劑和多功能吸附劑的協同效應，可抑制LiPSs的穿梭行為并提高硫物質的氧化還原動力學，同時還可促進LiPSs還原為Li₂S。原位拉曼光譜進一步證明Mo-Ti/Mx-GN電極可有效誘導S₂O₃^2-的形成，從而加速Li₂S的成核并促進LiPSs的快速轉變。

圖1. Mo-Ti/Mx-GN電極的合成過程和表征

基于這種設計，Mo-Ti/Mx-GN電極即使在高硫質量負載（8.4 mg cm^-2）和貧電解液（7.6 μL mg^-1）條件下仍可提供增強的長期循環穩定性（0.5 C下350次循環后每個循環的容量損失為0.024%，CE = 99%）。此外，堅固的鋰負極通過原位聚合粘合在GPE中可實現快速離子傳輸，以最大限度地提高界面相容性和電池穩定性。

通過將3D Mo-Ti/Mx-GN電極、GPE和堅固的鋰負極相結合集成到Li-S軟包電池中時，可實現良好的可靠性且使電池具有可逆的能量存儲和輸出、良好的溫度適應性及在劇烈撞擊（機械損傷、過熱、水浸和嚴重變形）時的安全性。因此，這種設計為Li-S電池在高安全性和柔性的電化學儲能裝置應用中提供了巨大的希望。

圖2. Li-S軟包電池的電化學性能

Ti_nO_2n-1/MXene Hierarchical Bifunctional Catalyst Anchored on Graphene Aerogel toward Flexible and High-Energy Li-S Batteriesc, ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c08246