在高硫負(fù)載和貧電解液條件下實現(xiàn)高效和持久的電荷存儲仍然是鋰硫電池技術(shù)真正展示其商業(yè)可行性的首要挑戰(zhàn)。
武漢大學(xué)彭創(chuàng)等報道了一種兩性聚合物粘結(jié)劑，其帶負(fù)電荷和帶正電荷的部分允許通過多種分子間相互作用共同調(diào)節(jié)鋰陽離子和異極性多硫化鋰（LiPSs）。
這種兩性聚合物粘結(jié)劑含有帶負(fù)電的酰胺基團(tuán)和帶正電的季銨基團(tuán)，酰胺基團(tuán)可以改善Li+的傳輸并與LiPSs中的正電鋰原子結(jié)合，從而提高負(fù)極穩(wěn)定性和反應(yīng)動力學(xué)，而季銨基團(tuán)則可吸附和催化多硫化物陰離子，從而抑制穿梭并改善反應(yīng)動力學(xué)。
此外，獨特的兩性電荷環(huán)境可以對異極性LiPSs產(chǎn)生“推拉”效應(yīng)，從而激活它們的氧化還原轉(zhuǎn)化。減輕的LiPSs穿梭提高了電池的穩(wěn)定性，而催化作用提高了硫的利用率，改善的Li+傳輸和多硫化物氧化還原動力學(xué)均導(dǎo)致提高的倍率性能和降低的電壓滯后。
因此，這種多功能粘結(jié)劑使Li-S電池即使在嚴(yán)苛條件下也具有引人注目的整體性能。在低硫負(fù)載和富電解液條件下，電池在700次循環(huán)中表現(xiàn)出每循環(huán)0.056%的低容量衰減率。
在6.8 mg cm-2的高硫負(fù)載和6 μL mg-1的低E/S下，該電池在 50次循環(huán)中仍能提供穩(wěn)定的面積容量（在4.2和4.8 mAh cm-2之間）。這項工作的進(jìn)一步優(yōu)勢體現(xiàn)在其零添加重量、低材料成本以及易于制備和放大。
Harnessing Heteropolar Lithium Polysulfides by Amphoteric Polymer Binder for Facile Manufacturing of Practical Li-S Batteries. Small 2022. DOI:10.1002/smll.202107109
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