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蘭亞乾/蔡躍鵬ACS Nano: 單原子鋅和陰離子骨架作為Janus隔膜涂層抑制鋰枝晶和穿梭效應(yīng)

Li-S電池產(chǎn)業(yè)化的兩個(gè)關(guān)鍵問題是鋰負(fù)極的枝晶生長(zhǎng)和多硫化鋰（LiPSs）的穿梭效應(yīng)。兩面都涂有相應(yīng)功能材料的Janus隔膜可以同時(shí)高效地解決這兩個(gè)問題，然而迄今為止，關(guān)于Li-S電池Janus隔膜中LiPSs催化轉(zhuǎn)化的報(bào)道很少。

在此，南京師范大學(xué)蘭亞乾教授與華南師范大學(xué)蔡躍鵬教授、洪旭佳副研究員等人聯(lián)合報(bào)道了一種通過在Celgard隔膜的每一側(cè)涂覆具有陰離子骨架Bio-MOF-100及其衍生的單原子鋅催化劑制備的Janus隔膜，將其命名為 SAZ-AF Janus隔膜。

Zn單原子對(duì)金屬氧化物、金屬納米顆粒和金屬碳化物表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能，用Bio-MOF-100涂層組裝的Li-Li對(duì)稱電池在5 mA cm^-2和10 mAh cm^-2下可穩(wěn)定循環(huán)2800 h，性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于已報(bào)道的隔膜涂層。

圖1. Bio-MOF-100的表征

與其他報(bào)道的使用單原子催化劑作為涂層的隔膜相比，所制得的SAZ-AF Janus隔膜在Li-S電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能（2 C下1000次循環(huán)后容量衰減率為0.05%)，在保護(hù)鋰負(fù)極方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能（在10 mAh cm^-2下穩(wěn)定循環(huán)2800 h）。

此外，該隔膜應(yīng)用范圍廣泛，在Li-SeS₂或Li-Se電池中具有同樣優(yōu)異的循環(huán)性能。這項(xiàng)研究為制備具有廣泛應(yīng)用的高性能功能性隔膜提供了一種簡(jiǎn)便的方法。

圖2. 含有不同隔膜的鋰硫電池電化學(xué)性能對(duì)比

Single-Atom Zinc and Anionic Framework as Janus Separator Coatings for Efficient Inhibition of Lithium Dendrites and Shuttle Effect, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c03876

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