上海交大设计出无粘合剂夹层结构薄膜 可作为高容量阳极

铝硫电池是一种能量密度高且原材料廉价的设备，作为替代能源存储系统非常有潜力。理论上讲，铝硫（Al-S）电池系统的能量密度可达1340 Wh kg-1。但硫是一种转化型阳极材料，在充放电过程中会产生一系列多硫化物和硫化物。而多硫化物很容易与主体失去电接触并扩散到电解质或铝阳极，从而产生穿梭效应，使得电池容量低、效率低且容量衰减快。因此，该电池需要新型电极材料和结构设计策略来解决这些问题。

图片来源：《中国科学》杂志社

据报道，上海交通大学（Shanghai Jiao Tong University）的研究人员设计出一种新的无粘合剂S@Ti3C2TX夹层结构薄膜，其硫分散均匀，可作为高容量阴极，具体优势如下：

该新结构由三个部分组成。薄膜的上下表面均覆盖一层很薄的纯Ti3C2Tx薄膜，中间的主要部分由S@Ti3C2Tx复合材料组成。而该复合材料由纳米硫在Ti3C2TX溶液中原位可控化学沉积形成，保证硫的分散。

研究人员Xiao Zheng表示：“这种材料的特别之处在于保护层可直接添加在S@Ti3C2Tx复合材料的表面，以阻挡多硫化物。这与之前报道的在隔膜上使用石墨烯涂层以减轻穿梭效应的策略不同。”

一般来说，聚合物粘合剂是一种惰性成分，会增加电极质量、降低电池的能量密度，且容易与离子液体发生副反应。而无粘合剂薄膜只需过滤和干燥，制备过程中也不需要额外的粘合剂、导电剂和有毒有机溶剂。Ti3C2Tx不仅具有粘合剂的功能，还具有导电剂的功能。

此外，Xiao Zheng和Zhilong Wang利用密度泛函理论（DFT）计算预测了多硫化物在Ti3C2Tx上的吸附，并以常见的石墨烯材料作为参考，发现Ti3C2Tx具有显著优势。随后，研究人员还研究了铝硫电池合理的充放电反应机理。

结果，该电极表现出优异的循环性能。初始短期激活后在300 mA h g-1下的初始可逆容量为489 mA h g-1，经过280次稳定循环后容量保持在415 mA h g-1，平均库仑效率约为95%。