【导读】
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通过晶面工程设计具有晶粒取向结构的纳米材料对于提高催化能力和电化学性能具有重要意义，但可控合成仍是一个挑战。
信阳师范学院Yongsong Luo和Tao Peng等人使用 2D Ti3C2MXene 作为初始反应物制备具有暴露 (001) 晶面的 TiN 纳米薄片，并将其用作锂硫电池 (LSB) 中还原和氧化过程的双向电催化剂。(001)面为主的TiN纳米薄片对可溶性多硫化锂（LiPSs）具有很强的吸附能力。更重要的是，理论计算和实验结果证实，以（001）面为主的TiN纳米薄片催化可溶性LiPSs转化为Li2S2/Li2S，在放电过程中诱导Li2S均匀沉积，并降低Li2S在充电过程中的脱锂势垒。因此，LSBs 具有优异的电化学性能，在 1 C 下表现出 949 mAh g-1的高放电容量，并在 800 次循环后保持高容量可逆性，每循环衰减率为 0.033%。
文献链接：Peng, T., Zhang, N., Yang, Y., Zhang, M., Luo, R., Chen, C., Lu, Y., Luo, Y., Crystal Facet Engineering of MXene-Derived TiN Nanoflakes as Efficient Bidirectional Electrocatalyst for Advanced Lithium-Sulfur Batteries. Small 2022, 2202917.https://doi.org/10.1002/smll.202202917
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固态锂硫 (Li-S) 电池因其高能量密度和安全性而被公认为下一代储能系统的竞争候选者。然而，S和Li2S之间缓慢的氧化还原动力学以及充放电过程中硫的大体积变化阻碍了固态Li-S电池的发展。
清华大学深圳国际研究生院成会明院士和周光敏副教授课题组报告了一种使用盐包聚合物固态电解质的固态锂硫电池，其中硫在循环过程中锚定在聚丙烯腈 (PAN) 基板中，避免了 Li2S 的形成，从而导致更快的氧化还原动力学和比传统固态锂硫电池更小的体积变化。系统中的准插层反应是在残留的 N,N-二甲基甲酰胺 (DMF) 的帮助下实现的，这有助于加强 C-S 键。结果，固态Li-SPAN（SPAN）电池在室温下具有极好的倍率能力，甚至高于液态Li-S电池，这是由于更快的氧化还原动力学和更小的体积变化而没有固-固 S 到 Li2S 的转化。这是通过改变 C-S 键的键强度而不是使用催化剂来增加固态 Li-SPAN 电池的氧化还原动力学的第一份报告。这项技术为设计高性能固态锂硫电池开辟了新机遇。
文献链接：A quasi-intercalation reaction for fast sulfur redox kinetics in solid-state lithium-sulfur batteries DOIhttps://doi.org/10.1039/D2EE01820A
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硫化锂 (Li2S) 是一种很有前途的实用锂硫电池正极，因为它可以与各种安全的无锂负极相结合。然而，高活化电位（> 3.5 V）以及多硫化锂（LiPS）的穿梭限制了其实际应用。
清华大学深圳国际研究生院吕伟副研究员等人正在尝试提出一种催化解决方案来同时解决这两个问题，特别是使用孪生异质结构来解决两种固体（催化剂和 Li2S）之间的界面接触问题。作为一个典型的例子，Co9S8/Li2S 异质结构被报道为一种新型的自催化正极，通过共重结晶和一步碳热转化。由于完全集成和接触的界面，Co9S8作为催化剂有效地降低了Li2S的活化电位（<2.4 V），并持续促进 LiPS 的转化以抑制穿梭。所获得的Co9S8/Li2S异质结构独立正极封装在三维石墨烯中，表现出高容量，达到 Li2S 理论容量的 92.6%，高倍率性能（739 mAh g-1at 2 C）和低容量衰减（0.039%每个循环在 1 C 超过 900 个循环）。即使在 12 mg cm-2的高 Li2S 负载和5 μL mgLi2S-1的低 E/S 比下 , 也可利用 86% 的理论容量。
文献链接：Li, Z, Luo, C, Zhang, S, et al. Co-recrystallization induced self-catalytic Li2S cathode fully interfaced with sulfide catalyst toward a high-performance lithium-free sulfur battery. InfoMat. 2022;e12361. doi:10.1002/inf2.12361
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锂硫（Li-S）电池的电化学性能受到多硫化锂（LiPS）的穿梭效应和缓慢的氧化还原动力学的严重阻碍。Li-S电池隔膜的表面改性中间层被证明是克服这个问题的有效策略。
华南理工大学康雄武教授、中国科学技术大学王功名教授和安庆师范大学高洪成教授等人发表研究性论文，限制在氮共掺杂多孔碳骨架 (Co-CN) 中的钴纳米粒子是由 ZIF-67 热解开发的，用作锂硫电池 PP 隔膜的中间层，并被1-苯基吡咯、1-甲基吡咯、1-(对甲苯磺酰基)吡咯和1-吡咯四种吡咯衍生物功能化，分别根据吡咯氮上取代基的吸/给电子能力进行筛选。通过核磁共振和理论计算探讨了吡咯衍生物分子结构对与LiPSs相互作用和Li-S电池电化学性能的影响。发现 1-苯基吡咯显示出对 LiPS 氧化还原动力学的最高增强，这归因于与 Co 纳米颗粒和 LiPS 的最佳相互作用。因此，1-苯基吡咯改性的 Co-CN 中间层使 Li-S 电池具有最佳的电化学性能，在 5 C 时的比容量为 562 mAh g-1，之后在 1、2 和 3 C 下进行 500 次循环的容量分别为 538、526 和 449 mAh g-1。在 5.5 mg cm-2的高硫负载下，在 1 C 下循环 500 次后容量达到 440 mAh g-1。这项工作揭示了 LiPSs、Co 纳米粒子和分子改性剂之间的相互作用机制，以提高电化学性能锂硫电池。
文献链接：Pyrrole derivatives as interlayer modifier of Li-S batteries: Modulation of electrochemical performance by molecular perturbationhttps://doi.org/10.1016/j.jechem.2022.08.014
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Li-S电池在实现高能量密度存储方面具有巨大潜力，但其实际应用受到臭名昭著的多硫化物穿梭和缓慢的氧化还原动力学的严重阻碍。虽然合理设计的氧化还原介体可以优化多硫化物的转化，但这种介体过程的效率和稳定性仍然是巨大的挑战。
天津科技大学Bowen Cheng和中国科学院上海硅酸盐研究所李恒副研究员等人提出了一种构建“双介质系统”的策略，通过耦合精选的固体和电解质可溶性介质，实现对多硫化物转化动力学的有效和持久的调节。理论预测和详细的电化学分析揭示了两种介体在协同优化硫物质氧化还原转化方面的构效关系，从而对促进硫电化学的功能支持介体系统设计有更深入的机理理解。具体而言，这种双介体体系实现了全范围“电化学催化”的桥接，加强了硫物质的“化学还原”过程，并且由于各介体组分之间的有益相互作用，大大抑制了介体的失活/损失。由于这些优势特性，Li-S 电池在 1200 次循环中实现了 0.026% 的缓慢容量衰减，并在 8.2 mg cm-2硫负载和贫电解质条件下实现了 8.8 mAh cm-2的理想容量。这项工作不仅提出了一种有效的介体系统设计策略来提高锂硫电池的性能，而且还激发了它在其他类似的复杂电化学转化过程中的潜在利用。
文献链接：“Dual Mediator System” Enables Efficient and Persistent Regulation toward Sulfur Redox Conversion in Lithium–Sulfur Batterieshttps://doi.org/10.1021/acsnano.2c04402
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由于锂-液体硫化学的高面积容量和快速动力学，室温下在 MoS2的基面上电化学形成液体硫引起了人们的广泛关注。但是，液态硫一旦接触到从 MoS2边缘产生的固态硫晶体，就会转化为固相。因此，不能在整个 MoS2表面上形成稳定的液态硫。
香港理工大学刘树平教授和徐正龍（助理）教授等人报告了氢退火 MoS2(H2-MoS2) 上的整个液态硫生成，即使在大过电势和低工作温度的恶劣条件下也是如此。纯液态硫形成的原因是 H2-MoS2和硫分子之间的相互作用减弱以及 H2-MoS2边缘的电极化降低。在 H2-MoS2上形成硫的过程中观察到渐进的成核和液滴合并生长行为，表明通过释放活性 H2-MoS2表面具有高面积容量。为了证明该策略的普遍性，其他在氢气中退火的过渡金属二硫属化物（TMD）也表现出类似的硫生长行为。此外，H2退火处理可以在TMDs的基面上诱导硫空位和部分氧化，这有利于液态硫的形成。最后，可以在-50°C的超低温下在H2-MoS2薄片上生成液态硫，这为低温锂硫电池的发展提供了可能。这项工作证明了使用功能化二维材料的纯液态硫-锂电化学系统的潜力。
文献链接：Stable Liquid-Sulfur Generation on Transition-Metal Dichalcogenides toward Low-Temperature Lithium–Sulfur Batterieshttps://doi.org/10.1021/acsnano.2c04769
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锂硫电池（LSBs）因其高能量密度和丰富的硫资源而受到广泛关注。然而，LSBs仍然受到多硫化锂（LiPSs）的穿梭效应导致的不理想的电化学性能以及易燃的醚电解质和聚烯烃隔膜引起的潜在火灾隐患的限制。
北京化工大学材料科学与工程学院张胜教授和孙军副研究员等人发表研究性论文，一种简便的六氯环三磷腈（HCCP）固定化策略被创造性地应用于同时解决上述问题。首先以单宁酸（TA）为交联剂，在常温下获得不溶性HCCP交联微球（H-CMP），然后构建基于H-CMP的多功能隔膜涂层。H-CMP在宽温度下释放的磷相关自由基有效地防止了电解质和隔膜的燃烧，从而提高了Li-S软包电池的防火安全性。此外，H-CMP 有效地化学吸附 LiPS 以阻止穿梭效应，从而显着提高 LSB 的电化学性能。该策略的有效性也在高硫负载（6.38 mg cm-2）、高温（50 °C）和Li-S软包电池中得到验证。更重要的是，H-CMP对锂金属表现出足够的稳定性和抑制锂枝晶。这种用于多功能磷腈的简便固定策略为大规模制造高安全性和高性能 LSB 提供了竞争选择。
文献链接：Zhu, T., Chen, D., Liu, G., Qi, P., Gu, X., Li, H., Sun, J., Zhang, S., A Facile Immobilization Strategy for Soluble Phosphazene to Actualize Stable and Safe Lithium–Sulfur Batteries. Small 2022, 2203693.https://doi.org/10.1002/smll.202203693
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将高熵引入普鲁士蓝类似物（PBA）尚未引起锂硫电池材料领域的关注。扬州大学庞欢教授课题组通过一种简单的共沉淀方法系统地合成了一个从二元到高熵的 PBA 库。通过 X 射线吸收精细结构光谱法探索 PBA 中的配位环境，与元素映射一起证实了所有金属的成功引入。重要的是，电化学测试表明，高熵 PBA 可作为多硫化物固定剂抑制穿梭效应，并可作为催化剂促进多硫化物转化，从而提高其出色的性能。此外，通过使用 PBA 作为牺牲前体，可以制造从二元到六元的各种纳米立方金属氧化物。从共沉淀和热解方法中获得的各种新材料可以促进 PBA 系统和硫主体研究的进一步发展。
文献链接：Du, M., Geng, P., Pei, C., Jiang, X., Shan, Y., Hu, W., Ni, L. and Pang, H. (2022), High-Entropy Prussian Blue Analogues and Their Oxide Family as Sulfur Hosts for Lithium-Sulfur Batteries. Angew. Chem. Int. Ed.. Accepted Author Manuscript.https://doi.org/10.1002/anie.202209350
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锂（Li）负极面临的复杂问题阻碍了准固态锂硫（QSSLS）电池的实际应用。然而，仍然模糊的界面过程和反应机制对揭示提出了挑战。
中科院化学所文锐研究员等人通过工作 QSSLS 电池内的原位原子力显微镜实时监测锂负极上不溶性硫化物的堆积和锂枝晶的生长。在添加LiNO3的电解液中，由于多硫化锂 (LiPSs) 和 LiNO3的协同作用。检测到固体电解质界面（SEI）的形成过程包括两个阶段，在开路电位下形成松散的纳米颗粒（NPs，≈102 nm），在放电过程中形成致密的NPs（≈74 nm）。致密的 SEI 膜不仅可以阻止 LiPS 的侵蚀，还可以使锂沉积行为均匀化，从而提高 QSSLS 电池的电化学性能。这些直截了当的见解揭示了添加剂操纵的形态/化学演化和界面特性，从而促进了 QSSLS 电池的改进。
文献链接：Liu, G.-X., Wan, J., Shi, Y., Guo, H.-J., Song, Y.-X., Jiang, K.-C., Guo, Y.-G., Wen, R., Wan, L.-J., Direct Tracking of Additive-Regulated Evolution on the Lithium Anode in Quasi-Solid-State Lithium–Sulfur Batteries. Adv. Energy Mater. 2022, 2201411. https://doi.org/10.1002/aenm.202201411