JMCA综述：MXene基材料助力锂硫电池

【研究背景】

能源危机和环境污染促使我们采用风能、太阳能、沼气和核能等清洁能源发电。然而，由于这些可再生能源的间断性质，必须发展能源储存装置，以便有效利用它们。在此背景下，基于不同氧化还原反应或法拉第效应的电化学储能具有重要意义。锂离子电池(LIBs)是最广泛使用的商用电池，但在最优的能量密度和不断增长的需求之间仍然有很大的差距，这些需求来自于先进的便携式电子产品、电动汽车和固定存储设备市场。同时，锂离子电池相对较高的成本和潜在的安全问题也阻碍了其在电动汽车上的大规模应用。因此，探索可替代的高能电化学系统对改变能源存储方式具有重大意义。

【文章简介】

中国科学院福建物质结构研究所王瑞虎博士团队发表在JMCA上题为MXene-engineered lithium-sulfur batteries 的综述文章 , 综述详细介绍了近年来MXene基锂硫电池的发展现状，并对常见的MXene基锂硫电池机理进行了总结。锂硫电池是极具发展前景的下一代储能系统之一。为了提高硫的利用率和循环稳定性，人们付出了巨大的努力来开发导电纳米结构。MXenes是一类二维过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物，近年来在储能和转换方面引起了广泛关注。这篇文章综述了近年来锂电池阴极、阳极和隔膜中MXene基材料的研究进展，强调了高极性和丰富的表面化学在多硫化物捕获中的理论和实验意义。总结了锂离子电池的发展前景和面临的挑战，提出了提高锂离子电池电化学性能的新策略，为今后高能密度锂离子电池中锂离子材料的发展指明了方向。

【图文导读】

图一a)各种电池电池能量密度 b)多聚硫化物在各个充放电阶段的状态

图二 Mxene基锂硫电池研究现状及基本现状

图三为MXene基锂硫电池基本结构

图四、五 表面官能团示意图及不同表面官能团理论模拟计算

表一为本文引用的MXene基锂硫电池相关文献。作者按照不同的材料组分将MXene基锂硫材料分为MXene-S二元体系、MXene-C/S三元体系、MXene-极性材料/S三元体系（金属硫化物、氧化物和导电聚合物）。

【文章总结】

本文综述了近年来锂电池中MXene基材料的理论和实验研究进展。MXene作为添加剂或导电基质在阴极、阳极和隔膜中使用，极大地抑制了穿梭效应，加快了硫的利用，因此，即使在高载硫量的情况下，也能获得高的放电容量、速率性能和循环稳定性。尽管在锂离子电池方面已经取得了相当大的成就，但仍存在一些固有的问题需要进一步解决，以提高锂离子电池的电化学性能。

文献链接：

DOI: 10.1039/c9ta08600e

信息来源： MXene Frontier