鋰硫（Li-S）電池被認為是實現500Wh kg^-1能量密度最有希望的候選者之一。然而，穿梭效應、緩慢的硫轉化動力學和鋰枝晶生長的挑戰嚴重阻礙了其實際應用。

圖1. 基于VC的隔膜對硫和鋰演化效率的尺寸效應的示意

西南科技大學宋英澤、清華大學深圳國際研究生院周光敏、吉林大學王東等設計了具有球形封閉結構的多尺度V₂C MXene（VC）作為高效的雙功能促進劑，以用于促進Li-S電池中硫和鋰物種的演化。

結合同步輻射X射線三維納米計算機斷層掃描（X射線三維納米CT）、小角中子散射（SANS）技術和第一原理計算，作者發現VC的活性可以通過調節尺度來最大化，并且所獲得的功能如下：

（1）由于有大量的活性位點，VC成為高效的多硫化鋰（LiPS）清除劑；

（2）由于尺寸效應，VC對Li₂S的成核和分解反應動力學表現出顯著改善的電催化功能；

（3）由于獨特的離子篩效應，VC可以調節Li⁺的動態行為，從而有效地穩定鋰的沉積/剝離。

圖2. 用于電催化活性調控靶向高效硫轉化反應的VC球體的尺寸控制

由于獨特的尺寸效應，VC球體可以最大限度地發揮其活性，同時調節硫的演化、鋰的剝離和沉積行為。

因此，優化后的Li-S電池在0.1C時可提供1206.4 mAh g^-1的顯著初始放電容量，并在1C 下的600次循環中具有出色的循環穩定性，每循環的衰減率為0.04%。

另外，正極和負極的同步優化使Li-S電池具有卓越的b倍率性能，例如在高硫負載（8.1 mg cm^-2）和低E/S比（4 μL mg_S^-1）的情況下仍可以實現8.1 mA h cm^-2的高面容量。

圖3. 采用VC/PP隔膜的鋰硫電池的電化學性能

Dual-Functional V2C MXene Assembly in Facilitating the Sulfur Evolution Kinetics and Li-Ion Sieving towards Practical Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202300771