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鋰硫(Li-S)電池具有較高的比容量，但多硫化鋰(LPS)擴散和鋰枝晶生長會大大降低其循環壽命。此外，高放電率也要求它們具有耐高溫的能力。

美國密歇根大學Nicholas A. Kotov等報道了一種芳綸納米纖維(ANF)基仿生自組裝膜，以解決上述挑戰。

圖1 np-ANF膜的表征

這種膜的結構設計是通過先前對細胞膜中離子通道的研究來確定的，這些離子通道具有高效的離子傳輸和高離子選擇性，以及具有獨特機械性能的軟骨。軟骨和其他幾種生物組織的設計基于高度互連的納米纖維網絡，從而產生其獨特的機械、粘合和運輸特性。

此外，它們的拓撲結構反映了不明顯的互連性，并且滲透能夠實現有效的應力傳遞，從而提供韌性和柔韌性，這可以在由ANF制成的復合材料中復制。由于LPS層在np-ANF表面的自發吸附，ANF基復合材料也可以被設計成具有納米級孔隙率和電荷篩選能力的分層膜（np-ANF）。

理論模擬證實，帶負電荷的np-ANF單納米孔可有效抑制LPS穿梭，同時提供鋰離子的快速傳輸。此外，滲濾納米纖維的高度互連網絡與芳綸的固有材料特性相結合，可同時有效抑制鋰枝晶并使電池在高溫下長期運行。

圖2 Li-S電池性能

所得np-ANF膜顯示出高楊氏模量E = 9.2 ± 0.5 GPa（比 Celgard^TM 2400高55倍）和高耐熱性（600 °C）。受益于上述優勢，采用類軟骨仿生ANF膜的Li-S電池表現出接近理論的最大容量（1268 mAh g^-1）、高達3500+的循環壽命以及高達3C的放電倍率。

此外，ANF 的高熱彈性對于安全至關重要，可使Li-S電池在高達80 °C的溫度下運行。ANF制備的簡單性和母材Kevlar作為可回收聚合物的可用性使其在不同能源技術中具有廣泛應用的可能性。

圖3 對稱電池性能

Multifactorial engineering of biomimetic membranes for batteries with multiple high-performance parameters. Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-021-27861-w

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