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中南民族大學楊應奎/佐治亞理工學院林志群Adv. Sci.：用于鋰硫電池的聚合物

鋰硫電池（LSBs）由于其超高的能量密度、成本效益和環境友好性，作為便攜式電子產品和電動汽車的下一代電源之一，前景廣闊。然而，由于硫及其中間體的電子絕緣、嚴重的穿梭效應、大體積變化以及鋰枝晶的不可控形成，阻礙了它們的實際應用。在過去幾十年中，通過改進電極、電解液、隔膜和粘結劑，開發了許多開創性的策略來解決這些問題。

值得注意的是，聚合物由于其結構設計性、功能多樣性、優異的化學穩定性和可加工性，可以很容易地應用于所有這些方面。此外，其重量輕且資源豐富的特點使得以低成本生產具有高體積能量密度的LSBs成為可能。

中南民族大學楊應奎、美國佐治亞理工學院林志群等對LSBs中新興聚合物的突破和未來前景進行了總結。重點關注LSBs各組分中聚合物的最新應用，強調其特定功能的內在機制。該綜述全面概述了用于LSBs的最新聚合物，提供了解決關鍵挑戰的深入見解，并為研究電化學能源系統的研究人員提供了重要資源。

圖1 聚合物在應對當前鋰硫電池挑戰中的多功能作用

考慮到上述挑戰，LSBs實際應用的進一步探索應集中在以下幾個方面：首先，作為核心組分的硫正極對LSBs的電化學性能起著決定性的作用。對于電活性有機硫聚合物，其硫含量、多硫化物（LiPS）捕獲能力和結構穩定性仍需通過多硫化物鏈長、功能性連接體、極性基團、雜原子摻雜、共軛效應和拓撲結構的分子工程進一步提升。

S-cPAN可能是最有希望成功應用的含硫聚合物，但對其確切的分子結構、反應機理以及電解質的影響仍需進一步研究。因此，可以將原位表征技術和理論研究相結合，通過監測放電/充電過程中有機硫聚合物的結構和形態演變，深入了解電池化學。

此外，還應考慮開發可控、低成本、大規模的合成方法。至于聚合物基硫載體，未來的工作可以集中在聚合物的分子工程和多組分納米結構的構建上，以加強LiPS捕獲、增強動力學和提高硫含量。同時，可能需要在聚合物基載體中加入導電碳來提高硫正極的電子導電性。

圖2 用于鋰硫電池的聚合物正極

其次，除了硫正極外，提高電化學性能還取決于粘結劑和隔膜。對傳統粘結劑（例如，引入極性基團和增加附著力）和多功能隔膜（例如，調節孔徑和加入極性基團）進行適當修飾，探索正極和隔膜之間設計良好的聚合物阻擋層，也有望有效抑制穿梭效應。

最后，開發具有高離子導電性、優異的機械/化學穩定性和良好的界面接觸性的聚合物電解質被認為是完全克服多硫化物溶解的最有希望的途徑。

圖3 用于鋰硫電池的聚合物粘結劑

Polymers in Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202103798

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中南民族大學楊應奎/佐治亞理工學院林志群Adv. Sci.：用于鋰硫電池的聚合物

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