氮化銦“豎”墻鋰手機電池增壽

南開大學牛志強、王一菁研究員聯合清華大學張強教授通過隔膜改性，將氮化銦納米線引入到鋰-硫電池中，雙功能的氮化銦性隔膜猶如“豎起”的高墻，有效地抑制鋰硫電池“穿梭效應”，實現了電池循環壽命顯著提升。相關成果已在12月的《美國化學學會?納米材料》上發表。

鋰離子電池已經得到廣泛的應用。然而現行鋰離子電池的能量密度依然不足以滿足許多應用需求，而鋰-硫電池由于具有極高的理論比容量，并且硫含量豐富，價格低廉而備受關注。但鋰-硫電池在其在電化學過程中，在硫正極和鋰負極之間溶解的多硫化物引起的“穿梭效應”及其動力學轉化緩慢嚴重降低了活性硫的利用率，從而導致容量的快速衰，大大降低了鋰-硫電池的使用壽命。“所謂‘穿梭效應’，指的是在充放電過程中，正極產生的多硫化物中間體溶解到電解液中，并穿過隔膜，向負極擴散，與負極的金屬鋰直接發生反應，最終造成了電池中有效物質的不可逆損失、電池壽命的衰減、低的庫倫效率。”牛志強介紹，目前，人們已經采取各種方法去改善上述問題，其中最普遍的策略是采用具有高比表面積的納米結構碳材料，通過物理限制作用進行多硫化鋰的捕獲；或是使用極性材料通過化學相互作用進行多硫化鋰的捕獲。

盡管如此，但碳的非極性通常導致循環性能不佳，極性材料的低電導率導致硫的利用率低，倍率性能差。因此有必要開發一種簡單但可以顯著提高硫正極的循環性能，同時保持良好倍率性能的有效材料制備方法，這對于實現長循環壽命的鋰硫電池來說是十分重要的。“氮化銦的銦陽離子和富電子氮原子通過強的化學鍵合作用捕獲生成的多硫化物；同時，氮化銦表面的快速電子轉移提高了多硫化物的動力學轉化過程，這樣，雙功能的氮化銦改性隔膜猶如一道墻，可有效地抑制鋰硫電池中的‘穿梭效應’。”牛志強介紹，具有氮化銦改性隔膜的鋰-硫電池表現出優異的倍率性能和循環性能，在1000次循環后每個循環的容量衰減僅有0.015％，該研究為下一步開發高穩定性鋰-硫電池奠定了基礎。