鋰硫（Li-S）電池在循環過程中受到穿梭效應和緩慢的氧化還原動力學影響，導致性能不佳。特別是，這些問題在較寬的溫度范圍內被放大，限制了Li-S電池的實際應用。過渡金屬的化學吸附和催化應用是捕獲多硫化物并加快轉化率的有效策略。

中科院金屬所孫振華、吉林大學張冬、岳惠娟等人提出了一種由均勻分散在N摻雜石墨烯(Fe₂N/N-rGO)上的氮化鐵納米顆粒改性的新型隔膜。

首先，導電Fe₂N/N-rGO復合材料具有高比表面積和豐富的孔結構，其穩定的三維導電石墨烯骨架可以促進反應過程中的離子和電子轉移。

其次，均勻分布的Fe₂N納米粒子對多硫化物有很強的吸附作用，結合rGO納米片的物理攔截，可以更有效地抑制穿梭效應。

第三，Fe₂N/N-rGO對LiPSs和Li₂S之間快速氧化還原轉化的雙向催化活性增強了反應動力學，顯著提高了活性材料的利用率和電化學性能。

圖1 材料制備及表征

此外，Fe₂N在低溫下仍能加速反應動力學，并且在高溫下可抑制多硫化物的穿梭。因此，包含Fe₂N/N-rGO的組裝電池實現了長循環壽命（1C下每個循環平均衰減0.05%，持續700次循環）和高倍率性能（5C下為688 mAh g^-1）。

更重要的是，這些電池在50°C和0°C下分別具有1043 mAh g^-1和778 mAh g^-1的高容量。該工作為未來Li-S電池的實際應用提供了更廣闊的思路。

圖2 不同溫度下的電化學性能

Conductive Fe2N/N-rGO composite boosts electrochemical redox reactions in wide temperature accommodating lithium-sulfur batteries. Chemical Engineering Journal 2021. DOI: 10.1016/j.cej.2021.131622