近日，金沙9170入口邵姣婧团队利用低成本的多孔片层氧化硅设计制备了可实现高性能锂硫电池的阻挡层，相关研究成果以“Molybdenum disulfide (MoS2)/porous silica nanosheet composite barrier for polysulfide shuttling inhibition in lithium-sulfur batteries”为题，发表于材料类Top一区刊物Composites Part B: Engineering上。
社会的快速发展对储能系统的能量密度提出了极高的要求，推动了先进二次电池的快速发展。作为高能量密度电池（2600 Wh kg-1）的代表，锂硫电池（LSBs）以其资源丰富、成本低廉、环境友好等特点受到了广泛关注。然而，LSBs的实际应用仍然面临着巨大的挑战，包括正极氧化还原反应过程中产生的可溶性多硫化锂（LiPSs）的穿梭，进而导致负极锂界面副反应问题，最终带来活性材料不可逆损失、硫利用率低、容量衰减快、库仑效率（CE）低、循环寿命差等。加速多硫转化成为解决上述问题的有效手段之一。本团队从隔膜修饰出发，利用低成本粘土的衍生物二维片层多孔氧化硅（PSN）为主体，设计制备了二硫化钼与二维多孔氧化硅的均相复合材料（MoS2/PSN），将其作为阻挡层，其有效抑制了LiPSs穿梭效应，获得了稳定且长寿命的高性能锂硫电池。
在该多功能阻挡层中，PSN凭借丰富的孔结构实现了对多硫化物的有效约束，缩短离子传输距离，同时也成功引导了锂离子的均匀沉积，其表面丰富的含氧基团对LiPSs具有较强的吸附作用。另外，原位合成的MoS2进一步增强了对多硫化物的亲和力，也为催化LiPSs的即时转化带来了丰富的活性位点，两者的协同作用实现了LiPSs的快速转化，并有效抑制了LiPSs的穿梭，最终使得基于MoS2/PSN阻挡层的LSBs在0.1 C时具有1521 mAh g-1的高初始放电比容量，在2 C时循环600次后的平均每圈衰减率低至0.056%，以及优异的
率性能（4 C时为649 mAh g-1）和稳定的循环性能。此外，使用MoS2/PSN-PP的软包电池还可获得953 mAh g-1的高放电容量和良好的容量保持率。这种多功能阻挡层对LiPSs穿梭和锂枝晶生长都有较强的抑制作用，为LSB的商业化提供了可能。
图1. （a）MoS2/PSN合成原理（b-c）MoS2/PSN，（c）PSN（d）MoS2的SEM图；MoS2/PSN的（f-g）TEM，（h）高倍TEM和（i）元素分布图。
图2. 基于MoS2/PSN，MoS2，PSN和PP电池的（a）阻抗谱，（b）倍率性能，（c）0.2 C下循环性能和（d）2 C下循环性能；（e）基于MoS2/PSN和PP的Li//Li电池在5 mA cm-2下的循环稳定性；（f）基于MoS2/PSN和PP的Li//Cu电池在1 mA cm-2下的库伦效率。
该工作于2023年7月在线发表，9170官方金沙·入口会员登录(VIP认证)-最新App Store2020级硕士生郑敏为第一作者，金沙9170入口邵姣婧教授为单独通讯作者，金沙9170入口为第一完成单位。该研究得到国家自然科学基金、贵州省“百层次”创新型人才计划、贵州省科技厅科技计划项目、金沙9170入口培育项目等基金的支持。
Min Zheng, Chong Guo, Zhihong Luo, Jie Wu, Xiaoning Tang, Long Li, Qi Sun, Quansheng Ouyang, Bin Shi, Huali Nie, Jiao-Jing Shao* and Guangmin Zhou. Composites Part B: Engineering, 2023, 110898. （论文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.110898）