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鋰硫（Li-S）電池具有理論比容量高（1675 mAh g-1）、硫資源豐富、生產成本低、環境友好等優點，是最具發展前景的下一代可充儲能器件之一。但多硫化物的“穿梭效應”會導致金屬鋰負極鈍化，電池容量和庫倫效率下降，循環穩定性變差。要實現Li-S電池的商業化，需要抑制其嚴重的“穿梭效應”。商業隔膜由于孔徑大，無法有效抑制這種影響。因此，對隔膜表面進行改性并引入功能改性層是一種有效的策略。除了阻斷策略外，多硫化物轉化反應的催化作用也是阻礙多硫化物遷移的重要因素。

西南大學徐茂文等綜述了Li-S電池中隔膜改性、功能化和催化的原理，并對未來隔膜功能化和多硫化物催化的研究趨勢進行了展望。

圖1. 硫化物和碳涂層改性隔膜

隔膜改性和功能化一般采用刮涂、真空抽濾、原位生成或自組裝等方法。其作用原理可分為：

（1）靜電屏蔽/吸附、離子屏蔽等物理手段；

（2）金屬原子與硫原子鍵合；

（3）特定基團有機化合物與多硫化物鍵合；

（4）具有上述特性的新材料。

通過對近年來的研究成果進行整理和總結，作者認為功能性隔膜領域的研究主要分為以下幾個方面：對隔膜導電層進行改性，提高電化學反應活性，提高活性物質的利用率；引入吸附材料以固定游離多硫化物；引入帶負電荷的基團，通過靜電斥力抑制多硫化物穿透隔膜；引入催化功能，加速多硫離子轉化的動力學過程；優化隔膜負極的接觸界面，提高鋰負極的界面穩定性。這些研究策略可以緩解多硫離子的穿梭，提高活性物質的利用效率，延長循環壽命、循環穩定性和安全性。

圖2. BTO和MOF改性隔膜

開發實用的先進改性隔膜需要從電化學、高分子科學、催化化學、自動化科學、機械工程、物理化學、納米材料等方面進行研究。近年來，隨著多種先進材料的引入和機理研究的深入，高性能改性隔膜在Li-S電池中的應用呈現出巨大的發展前景。相信隨著隔膜研究的深入，將推動高性能Li-S電池的早期商業化應用。這一多功能隔膜的概念在其他多電子轉換電化學儲能系統中也具有重要的借鑒意義。

圖3. 催化多硫化物增強氧化還原反應的示意

Effects of catalysis and separator functionalization on high energy lithium sulfur batteries: A complete review. Energy & Environmental Materials 2022. DOI: 10.1002/eem2.12420

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西南大學徐茂文EEM：一文盡覽鋰硫電池改性隔膜研究進展！

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