在過去的幾十年中，隨著不斷增長的能源需求，鋰電池被廣泛地研究。例如便攜式電子設備、電動汽車和電網等。但是，基于鋰離子插入/脫離機理的鋰離子電池已達到容量**，無法滿足目前**電子設備的需求。近年來，具有高容量活性硫陰極的鋰硫(Li-S)電池引起了全世界越來越多的關注，硫陰極具有許多獨特的優勢，包括地球資源豐富、環境友好和價格低廉等。因此Li-S電池已成為未來有前景的能源系統之一。

盡管Li-S電池具有相當大的優勢，但其實際應用受到多個問題的限制，包括硫的電導率低以及多硫化鋰的溶解和關閉行為，這會導致容量下降和循環壽命縮短。

基于此，蘇州大學化工與環境工程學院的嚴鋒教授通過靜電紡絲制備了基于聚離子液體(PIL)的核殼結構納米纖維，聚(吡咯)@聚(離子液體)-聚丙烯腈(PPy@PIL-PAN)，所制備的PPy@PIL-PAN納米纖維被用作Li-S電池的功能夾層。研究發現PIL陽離子骨架可以選擇性地吸附電解質中的多硫化物，有助于**穿梭效應和穩定的硫電化學（如圖1）。

圖1. PIL陽離子骨架可以選擇性地吸附電解質中的多硫化物

作者通過靜電紡絲包含PDDA-TFSI和PAN的溶液，然后在0 °C進行吡咯的表面聚合，可以合成PPy@PIL-PAN納米纖維（圖2）。PPy@PIL-PAN納米纖維的S 2p和N 1s的XPS光譜如圖3A、B所示，圖3C?E顯示了PAN、PPy@PAN和PPy@PIL?PAN納米纖維的FESEM圖像，PPy可以增加其在電池運行過程中的穩定性。通過將這些納米纖維浸入DOL/DME電解質中五個月，來進行溶脹測試，發現PIL-PAN纖維膨脹，而PPy@PIL?PAN納米纖維保持完整。以0.1 C的速率經過200次循環后，PPy@PIL-PAN中間層保持形態均勻，表明PPy@PIL-PAN中間層在充放電過程中可以保持穩定（圖4）。

圖3. (A,B) PPy@PIL?PAN納米纖維的S 2p和N 1s XPS譜，(C?E) PAN、PPy@PAN和PPy@PIL?PAN納米纖維的FESEM圖像

圖4. 對PIL-PAN、PPy @ PIL-PAN進行溶脹測試、以0.1 C的速率經過200次循環后FESEM圖像

作者將制備的納米纖維用作功能性中間層，對具有不同中間層和無中間層的S陰極的電化學性能進行了測試。實驗表明具有PPy@PIL-PAN中間層的S陰極表現出更高的還原峰強度、放電容量、電荷轉移以及更穩定的性能（圖5）。為了進一步驗證基于PIL的中間層**了多硫化物的擴散，使用制備的H形電泳池進行了滲透測量（圖6）。并利用結合能（E_b）評價了PIL對多硫化物的吸附性能，研究人員發現在多硫化物與PIL配位后表現出穩定的吸附和均勻的電荷分布（圖7）。

圖6. 多硫化物的滲透測量

總之，本文通過靜電紡絲成功制備了PPy@PIL-PAN納米纖維，隨后用吡咯進行表面聚合。PPy@PIL-PAN納米纖維可以與S陰極緊密接觸，提供通過陰極和多硫化物的電子路徑，并表現出對多硫化物的強吸附性，從而有助于**穿梭效應。這項工作為基于PIL的功能夾層以改善Li-S電池的性能提供了一種新的思路。

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.0c03754

原文作者：

Yin Hu, Ji Pan, Qi Li, Yongyuan Ren, Haojun Qi, Jiangna Guo, Zhe Sun and Feng Yan

DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c03754

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