近日，国际知名学术期刊ACS Nano以“Dynamic Intercalation-Conversion Site Supported Ultrathin 2D Mesoporous SnO₂/SnSe₂ Hybrid as Bifunctional Polysulfide Immobilizer and Lithium Regulator for Lithium-Sulfur Chemistry”为题，在线报道了7003白菜网功能炭材料研究团队在锂硫电池领域研究的新进展。

锂硫电池因硫的低成本、超高的理论容量（1675mAh g^-1），高能量密度（2600Wh kg^-1）等优势，被认为是继锂离子电池之后最具应用前景的电化学储能体系之一。对硫正极而言，可多硫化锂溶于电解液形成“穿梭效应”，导致活性物质硫利用率低和容量快速衰减等问题；对锂负极而言，锂枝晶的不可控生长容易引发电池短路甚至有安全隐患。因此，如何在电池长期循环过程中同步抑制“穿梭效应”和“枝晶生长”成为锂硫电池实际应用化进程中一项艰巨的技术挑战。

针对以上问题，功能炭材料研究团队合成了一种“双功能”石墨烯介孔SnO₂/SnSe₂纳米片用作锂硫电池的隔膜修饰层（G-mSnO₂/SnSe₂），其具备高电导率、强化学吸附位点（SnO₂）和动态插层转换动力学（LixSnSe₂）等特点。采用原位XRD、原位Raman、非原位XANES和DFT模拟计算，证实了该隔膜修饰层对“穿梭效应”具有较好的抑制作用，并且能促进多硫化锂催化转化。此外，G-mSnO₂/SnSe₂较强的亲锂位点和多孔结构有助于降低锂的成核过电位和Li剥离与沉积过程中负极表面的均匀成核，进而有效抑制锂枝晶生长。当G-mSnO₂/SnSe₂用作锂硫电池的隔膜修饰层时，展现出优异的电化学性能：高硫利用率（0.2 C，1544 mAh g^-1）、长循环寿命（5 C电流密度下循环2000次可逆容量高达648 mAh g^-1，平均每圈容量衰减率仅为0.0144%）和倍率性能（8 C，794 mAh g^-1）；Li|Li对称电池在1 mA cm^-2/1 mAh cm^-2条件下可稳定循环2200 h以上，Li-Cu电池经500次循环后库伦效率仍维持在99%以上。此外，所组装的1.6 g S/Ah级软包电池在低电解质/硫比率（E/S= 3 μL mg^-1）和低负极/正极比（N/P = 2.6）条件下，电池其能量密度仍然高达359 Wh kg^-1。

7003白菜网詹亮教授和北京理工大学陈人杰教授为该论文通讯作者，研究工作得到了国家自然科学基金等项目资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c02810