锂硫（Li-S）电池因其成本低、能量密度高而引起了人们的极大兴趣。然而，严重的多硫化物的穿梭效应和锂枝晶不可控生长都极大地阻碍了Li-S电池的商业化进程。近年来，用来同时调控多硫化物行为和抑制锂枝晶生长的合理方法得到了迅速发展。然而，高性能锂硫电池的主要障碍仍然在于有限的双功能材料候选材料，以及缺乏有效可定制设备的先进技术。近年来，3D打印(3DP)技术的蓬勃发展，极大地促进了储能和生物医学电子领域的设备创新。

有鉴于此，北京大学刘忠范院士，苏州大学孙靖宇教授报道了一种“二合一”的策略，通过3DP技术来制备V₈C₇-VO₂异质结构支架，作为高性能Li-S电池的双效多硫化物固定剂和锂枝晶抑制剂。

文章要点

1）研究人员从NH₄VO₃，葡萄糖和尿素前体开始，通过将简单的退火工艺与水热反应相结合，成功生产出V₈C₇–VO₂纳米花。所获得的材料作为关键的3DP油墨配方。接下来，利用硫胺化学路线，将硫纳米颗粒负载到V₈C₇–VO₂上，形成V₈C₇–VO₂/S。在整个基于挤压的3DP策略中，可以以便捷，可控制和可扩展的方式精确地构建各种形状的定制架构。

2）基于该策略设计的V₈C₇-VO₂极性和导电异质结构能够提供很强的捕获性和多硫化物的快速转化。此外，这种具有亲锂性质的异质结构将诱导Li的均匀生长，从而有效地降低成核过电势，抑制枝晶的形成。

3）得益于3DP -V₈C₇-VO₂支架的大孔体积、高电导率和畅通的离子传输路径，所研制的3DP-V₈C₇-VO₂/S电极具有优异的倍率性能（6.0 C 下的容量达到643.5 mAh g⁻¹），良好的循环稳定性（4 C下，经过900次循环后，每循环的容量损失仅为0.061%）。令人激动的是，与两个3DP主机集成的Li-S电池在高硫负荷下实现了高面积容量（7.36mAh cm⁻²，硫负荷为9.2 mg cm⁻²，CE超过99.7%）。此外，将3DP-V₈C₇-VO₂/S||3DP-V₈C₇-VO₂@Li直接用作手环电池时，可以成功为电子手环表供电，从而为可穿戴能源应用带来了无限希望。

Jingsheng Cai, et al, 3D Printing of a V₈C₇-VO₂ Bifunctional Scaffold as an Effective Polysulfide Immobilizer and Lithium Stabilizer for Li–S Batteries, Adv. Mater. 2020

DOI: 10.1002/adma.202005967

https://doi.org/10.1002/adma.202005967