兼具优异电化学性能和出色机械性能的柔性电极是柔性储能器件开发的关键。锂硫（Li-S）电池被认为是最有可能的下一代高能量密度二次电池，但单质硫的绝缘特性和多硫化锂（Li2Sx）的穿梭效应严重限制了其未来的应用。以Ti3C2Tx为代表的MXene是一类新的二维过渡族金属碳(氮)化物家族，具有优异导电性、强极性和独特表面化学环境，是作为Li-S电池正极活性物质硫的载体用于构筑长寿命、高能量、超柔性复合正极的新型理想材料。

近期，我校材料科学与工程学院杨建教授与爱尔兰都柏林圣三一学院Valeria Nicolosi教授、张传芳博士研究团队合作，通过使纳米硫颗粒均匀成核生长修饰Ti3C2Tx MXene纳米片，得到了一种富含S@Ti3C2Tx MXene纳米片的水系粘稠墨汁，其可通过简易的刮涂或真空抽滤形成无粘结剂和导电剂、高强度、高导电的S@Ti3C2Tx柔性薄膜。导电、极性Ti3C2Tx有效吸附可溶性Li2Sx并逐渐将其转变为硫代硫酸盐和硫酸盐，原位形成了可显著抑制Li2Sx迁移的硫酸盐复合层保护屏障，大大提高了硫的利用率。该薄膜用作Li-S电池正极表现出高容量、高倍率性能和优异的循环稳定性。他们基于S@Ti3C2Tx 柔性薄膜还首次制备出了软包Li-S电池原型器件，其在反复拧曲状态下表现出良好的电化学性能，展现出在柔性、可穿戴电子器件领域的良好应用前景。该研究提出了导电、极性MXene载体通过化学吸附和物理限域协同固硫的独特机制，发展了Li-S电池正极新型载体材料的选择、设计策略，开发了一套工艺简单、绿色、环保、与商业电池制备工艺完全兼容、产业化前景良好的MXene基高性能Li-S电池柔性正极构筑方案。

该研究成果以“In-situ Formed Protective Barrier Enabled by Sulfur@Titanium Carbide (MXene) Ink for Achieving High-Capacity, Long Life time Li-S Batteries”为题发表在国际知名期刊Advanced Science（IF=12.44）。论文第一作者为材料科学与工程学院硕士生唐欢、李文龙和教师潘丽梅，通讯作者为杨建教授、Valeria Nicolosi教授、张传芳博士。

该项工作得到了江苏高校优势学科、江苏先进无机功能复合材料协同创新中心、欧盟3D2D Print等平台和项目的资助。

文章链接：http://dx.doi.org/10.1002/advs.201800502

文字：杨建    单位：材料科学与工程学院    审核：吕忆农

图1  S@Ti₃C₂T_x墨汁的合成与表征

图2  S@Ti₃C₂T_x柔性膜的显微结构及表征

图3  S@Ti₃C₂T_x电极的电化学性能

图4  Ti₃C₂T_x形成硫酸盐复合保护膜捕集多硫化物示意图

图5  基于S@Ti₃C₂T_x膜的柔性软包半电池原型器件