嵌入MoS2 CNT 的导电碳纤维薄膜，用于锂硫电池

摘要：锂硫电池（LSBs）因其能量密度高、成本低和环境友好而成为前景广阔的储能系统。然而，多硫化锂（LiPSs）的 “穿梭效应 ”导致LSBs容量衰减快、循环稳定性差，阻碍了 LSBs 的进一步开发和应用。此外，现有的策略很难在确保离子快速传输的同时为多硫化物提供有

1成果简介

锂硫电池（LSBs）因其能量密度高、成本低和环境友好而成为前景广阔的储能系统。然而，多硫化锂（LiPSs）的 “穿梭效应 ”导致LSBs容量衰减快、循环稳定性差，阻碍了 LSBs 的进一步开发和应用。此外，现有的策略很难在确保离子快速传输的同时为多硫化物提供有效的吸附和催化特性。为解决这一问题，本文，贵州大学Long Li、Jiao-Jing Shao等研究人员在《Langmuir》期刊发表名为“Conductive Carbon Fibrous Interlayer Embedded with MoS2@CNT Composites for Mitigating Polysulfide Shuttling by Absorption and Catalysis in Lithium–Sulfur Batteries”的论文，研究提出了一种由嵌入MoS2@CNT的碳纤维制成的复合薄膜，作为分离器和阴极之间的中间层。

结果表明，这种导电夹层能有效捕获锂离子并催化其转化。组装后的 LSB 在 0.5C时的初始放电特定容量为 1179.03 mAh/g，100 次循环后的剩余容量为 1086.33 mAh/g。在长期循环测试中，LSB 在3C下循环500次后，放电容量为463.13mAh/g，每次循环的衰减率为 0.07%，与商用电池（0.13%）相比减少了0.06%。这项工作证明了嵌入MoS2@CNT复合材料的碳纤维薄膜的独立导电层间设计在提高电池性能方面的潜力。该薄膜不仅能提供高效的导电网络，加速离子传输，还能抑制穿梭效应，催化锂离子电池的转化，促进电化学反应动力学。

2图文导读

图1.M@C-CF夹层的制备。

图3.（a）拉曼光谱，（b） N2吸附-解吸测试曲线，（c）孔径分布，以及（d） M@C-CF 和 CF 的接触角测试。

图4.（a） LiPS 穿梭测试结果，（b）紫外-可见测试结果，以及（c-e） M@C-CF 中间层充放电循环后的 XPS。

图5. CV curves of (a) M@C-CF, CF, and commercial batteries at 0.1 mV/s, (b) M@C-CF batteries in the first three cycles at 0.1 mV/s, and (c) M@C-CF batteries at 0.1–0.5 mV/s. (d–f) Linear fits of the peak current to the square root of the scan rate in CV curves. (g) EIS of M@C-CF, CF, and commercial batteries. (h) EIS and (i) ionic conductivity of the symmetric battery.

图6. Charge–discharge plateau curves of (a) M@C-CF, CF, and commercial batteries at 0.1 C, (b) M@C-CF batteries for the first three cycles at 0.1 C, and (c) M@C-CF batteries at 0.1–3 C. (d) Multiplication rate test. Charge–discharge cycling at (e) 0.5 and (f) 1 C of M@C-CF, CF, and commercial batteries. (g) Long cycle test at 2–3 C of M@C-CF batteries.

图7. Radar chart of the capacity, cycle stability, and conductivity from this work and studies published around 2024

3小结

开发了一种嵌入M@C复合材料的导电碳纤维薄膜，并将其用作 LSB 的中间层，验证了其优异的导电性、电解质亲和性、对穿梭效应的抑制作用、锂离子快速扩散动力学以及组装电池的电化学反应动力学。结果表明，M@C-CF 电池的初始放电容量为 1179.03 mAh/g，在 0.5 C 下循环 100 次后容量为 1086.33 mAh/g。循环 500 次后，容量仍保持在 463.13 mAh/g，每次循环的衰减率为 0.07%，与商用电池相比减少了 0.06%。M@C-CF 夹层在 LSB 中的成功应用证明了这一策略的潜力，它将导电性、吸附性和催化特性整合在一个夹层中，从而提高了 LSB 的效率、稳定性和其他电池特性。

文献：