在众多替代储能技术中，锂硫(Li-S)电池以其高理论能量密度（2600 Wh kg^-1）、成本低、环境友好等优点成为一种很有潜力的储能技术。然而，锂硫电池的商业化应用面临着中间多硫化锂（LiPS）在电解液中的溶解以及LiPS在正极和负极之间的穿梭效应，导致锂金属负极容量快速衰减和腐蚀的巨大挑战。

近日，加拿大滑铁卢大学陈忠伟教授，华南师范大学王新副教授报道了开发了一种3D大孔电催化剂，作为多功能固硫剂和促进剂，由拉伸应变的Mxene纳米片包裹，再由碳纳米管（CNT）触角交织在一起，以实现快速、持久的Li-S电池性能。

文章要点

1）在喷雾干燥过程中，MXene纳米片上原位形成的表面氧化层通过形成O-Ti-C界面而导致阴离子取代，从而对表面施加内应力，引起晶格畸变，增大Ti-Ti键。拉伸应变效应使Ti原子的d带中心上移至更接近费米能级，促进了LiPS的表面吸附和催化转化，从而加速了LiPS的转化过程。同时，多孔微球提供了丰富的活性位点和可观的中空空隙，用于强力的硫限制，而相互连接的框架则构建了具有显著结构稳定性的坚固结构，不仅有利于电荷转移以实现快速的氧化还原反应，而且还抑制了材料的重新堆积和结构退化，大大提高了耐用性。

2）实验结果显示，应变工程和分层结构设计的协同使拉伸应变的Mxene/CNT微球具有高硫利用率，出色的硫固定性，有效的LiPS吸附和加速的催化转化。基于这些特性，Li-S电池在0.2 C时具有出色的初始容量（1451 mAh g^-1），在高达8 C时具有出色的倍率性能和循环稳定性（每循环0.08％的低容量衰减率）。即使在高硫负荷和低电解质含量的情况下，仍然可以保持良好的性能。

这种应变效应和稳健的结构设计的协同作用也将启发应变Mxene基电催化剂的开发，并对相关储能和转换领域的材料工程有所启示。

参考文献

Xin Wang, et al, Strain Engineering of a MXene/CNT Hierarchical Porous Hollow Microsphere Electrocatalyst for a High-Efficiency Lithium Polysulfide Conversion Process, Angew. Chem. Int. Ed. 2020

DOI: 10.1002/anie.202011493

https://doi.org/10.1002/anie.202011493