圖1. 應用于鋰硫電池的SA-BC/SA-C隔膜的示意圖

鋰硫電池（LSB）遭遇的安全問題阻礙了其實際應用。南京大學姚亞剛等通過在超定向氮化硼@碳納米管（SA-BC）上交叉編織超定向碳納米管（SA-C），形成復合薄膜（SA-BC/SA-C），構建了一種高導熱的隔膜，以制備具有更好電化學性能的安全LSB。

這種獨特的超定向結構形成了一個均勻的熱場，其理論熱導率高達2000 W m^-1 K^-1，因此具有均勻熱場的雙層超定向結構可迅速分散LSB在充電和放電過程中由內阻產生的熱量，從而防止溫度的持續上升。

此外，氮化硼（BN）對多硫化物有很強的親和力，因此抑制了多硫化物的穿梭效應。具體來說，復合結構中有序的離子傳輸通道，加上它對電子的平滑傳導，增強了對高價多硫化物的捕獲，并加速了它們向低價硫化物的催化轉化。

另外，由BN納米片包裹的超定向交錯結構還產生了分子刷效應，使離子流均勻化，從而緩解了由局部離子濃度高引起的枝晶生長。通過這種方式，促進了鋰金屬的均勻沉積。此外，BN是不可燃的，這消除了有機隔膜燃燒的風險。

圖2. SA-BC/SA-C隔膜的物理特性

受益于上述優勢，采用SA-BC/SA-C隔膜構建的LSB顯示出相當大的熱管理能力和出色的電化學性能。在高工作溫度（60℃）下，它有很高的倍率性能（5C時為541.5 mAh g^-1）和出色的循環穩定性（在2C下的300次循環中每循環容量衰減率低至0.026%）。

此外，即使在高硫負載（3 mg cm^-2）的情況下，基于SA-BC/SA-C隔膜的LSB也能提供較高的放電容量（在0.3 C下經過100次循環后具有588.6 mAh g^-1）。這種”三合一”的多功能隔膜設計策略構成了克服LSB安全問題的新途徑。

圖3. LSB的電化學性能

“Three-in-one” strategy: Heat regulation and conversion enhancement of a multifunctional separator for safer lithium–sulfur batteries. Carbon Energy 2023. DOI: 10.1002/cey2.352