超薄氮化铁-氧化铁异质结构纳米片作为锂硫电池的两亲性隔膜改性层

《ACS Applied Energy Materials》：Ultrathin Nanosheets of Iron Nitride–Iron Oxide Heterostructures as Amphiphilic Separator Modification Layer for Lithium–Sulfur Batteries

锂硫电池中LiPS shuttle动态及枝晶生长问题，通过Fe_xN–Fe2O3异质结构催化剂协同解决：铁氧化物保持LiPS高效吸附，铁氮化合物提供电子传导并抑制枝晶。实验实现4C下465mAh/g容量及高面积容量循环稳定性。

　　

锂多硫化物（LiPSs）的迁移和缓慢反应动力学，以及无法控制的锂枝晶现象，是阻碍锂硫（Li–S）电池进一步发展的主要难题。本文制备了两亲性的Fe_xN–Fe₂O₃异质结构，用于对Li–S电池的隔膜进行两亲性改性。这种改性从硫正极和锂负极两个方面同时缓解了上述问题。一方面，该异质结构催化剂保持了氧化铁优异的LiPS吸附性能，同时具备了氮化铁良好的电子导电性。由于异质界面对电荷传输的积极促进作用，它有效地完成了硫物种的“吸附-迁移-转化”过程，不仅减缓了LiPSs的溶解，还提升了电极反应动力学。另一方面，亲锂的氮化铁和均匀的二维多孔结构促进了锂离子流动的均匀性，显著降低了锂沉积表面的枝晶形成程度。结合这些优点，基于Fe_xN–Fe₂O₃的Li–S电池表现出优异的电化学性能：在4 C电流密度下具有465 mAh g^–1的放电容量，并且在高面积容量（4 mAh cm^–2）条件下仍保持良好的循环稳定性。