基于鋰、鈉和鉀負(fù)極和硫基正極的堿金屬電池因其高理論能量和潛在成本效益而被認(rèn)為是下一代儲(chǔ)能的關(guān)鍵。然而，金屬-硫電池仍受到多種因素的挑戰(zhàn)，包括多硫化物（PS）的溶解、正極處緩慢的氧化還原動(dòng)力學(xué)及負(fù)極處的金屬枝晶生長(zhǎng)。功能性隔膜和中間層是彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)的創(chuàng)新方法。

在此，美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校David Mitlin, Hongchang Hao等人批判性地綜述了用于正負(fù)極保護(hù)的隔膜/中間層的最新技術(shù)，涵蓋了Li-S和新興的Na-S和K-S電池系統(tǒng)。其中，提高電化學(xué)性能的方法可分為以下一種或多種：多硫化物的固定（正極）；催化硫氧化還原動(dòng)力學(xué)（正極）；引入保護(hù)層作為人工SEI（負(fù)極）；電解液潤(rùn)濕和離子通量均質(zhì)化的綜合改進(jìn)（正負(fù)極）。

雖然Li-S電池的進(jìn)展相對(duì)成熟，但Na-S和K-S的研究較少。作者對(duì)基于金屬-硒和金屬-硒硫化物等新興堿金屬系統(tǒng)的功能性隔膜進(jìn)行了補(bǔ)充討論，然后重點(diǎn)總結(jié)了用于穩(wěn)定金屬-硫固態(tài)電池中的固態(tài)電解質(zhì)（SSE）中間層和人工SEI/CEI層。此外，還討論了功能性隔膜的實(shí)際考慮，包括放大生產(chǎn)問(wèn)題和Li-S系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)。

圖1. 設(shè)計(jì)功能性隔膜/中間層提高正極性能的策略總結(jié)

最后，作者對(duì)功能性隔膜的未來(lái)研究進(jìn)行了展望：

1）研究隔膜的力學(xué)性能。高剛度可防止多孔彈性隔膜在與電池循環(huán)相關(guān)的大體積變形期間發(fā)生形狀變化；普遍認(rèn)為更高強(qiáng)度的隔膜能提高電池的安全性能并抵抗枝晶的穿透，但沒(méi)有限定屈服強(qiáng)度和極限抗拉強(qiáng)度；抗穿刺性是一個(gè)關(guān)鍵的機(jī)械屬性，然而，尚不清楚抗穿刺性的適度增加是否會(huì)顯著阻礙枝晶生長(zhǎng)。

2）開(kāi)發(fā)用于隔膜研究的原位和Operando光譜技術(shù)，包括振動(dòng)光譜（IR和拉曼）、基于X射線的表征方法（XRD和XPS）和核磁共振（NMR）等，這對(duì)于理解和研究電池機(jī)制、動(dòng)力學(xué)、插層、相變、界面反應(yīng)和降解至關(guān)重要。

3）開(kāi)發(fā)用于隔膜研究的先進(jìn)成像技術(shù)，包括冷凍電鏡和低溫聚焦離子束，可用于分析功能性隔膜結(jié)構(gòu)與電池性能的相互關(guān)系。

圖2. 不同維度上不同現(xiàn)象的各種表征技術(shù)示意圖