石墨烯状多孔碳-氮化钛复合材料作为锂硫电池高效隔膜修饰剂的性能研究

【编辑推荐】本研究创新性地采用生物质衍生的石墨烯状多孔碳（GPC）与氮化钛（TiN）纳米颗粒复合修饰隔膜，显著抑制多硫化锂（LiPSs）穿梭效应，实现1651 mAh g-1初始放电容量（0.2C）和0.059%/圈的极低容量衰减率（1C循环1000次），为高能量密度锂硫电池（LSBs）的实用化提供新策略。

　　

Highlight

本研究首次报道生物质衍生的石墨烯状多孔碳（GPC）与氮化钛（TiN）纳米颗粒复合作为锂硫电池（LSBs）隔膜修饰剂。通过优化TiN负载量（8 wt.%），GPC-TiN-10复合材料展现出卓越的LiPSs锚定能力和催化活性，其独特的极性/非极性协同作用大幅提升电池性能。

Characterization of the GPC-TiN composite

X射线衍射（XRD）分析显示，TiN纳米颗粒成功负载于GPC表面，呈现典型的立方晶系特征峰（37°、43°对应(111)、(200)晶面）。透射电镜（TEM）证实TiN均匀分散于蜂窝状碳骨架中，比表面积达2597 m² g^-1的介孔结构为硫物种提供高效传输通道。

Electrochemical performance

电化学测试表明：

• •

  0.2C下初始容量逼近理论极限（1651 mAh g^-1）

• •

  1C循环1000次后仍保持826 mAh g^-1容量

• •

  库伦效率稳定在99%以上

  密度泛函理论（DFT）计算揭示TiN与LiPSs间强化学相互作用（Ti-S/N-S键），验证了实验观测的性能提升机制。

Conclusion

GPC-TiN-10复合材料通过物理限域与化学吸附双重作用，有效解决LSBs的LiPSs穿梭和硫导电性差等核心问题。该工作为开发低成本、高性能LSBs隔膜修饰材料提供了新思路。

（注：严格保留原文专业术语如C（倍率）、mAh g^-1等单位格式，未包含文献引用标识[ ]）