鋰硫電池（LSBs）的可循環(huán)性和倍率性能的提高對于其進一步的實際應用至關重要。在這項研究中，我們通過在隔膜上應用ZnO/石墨烯薄膜以使隔膜功能化，將石墨烯的優(yōu)異電導率和ZnO的化學吸附作用結(jié)合在一起，從而限制了多硫化物。為了確定極性材料的微觀結(jié)構(gòu)對硫正極的尺寸和空心結(jié)構(gòu)的電化學影響，設計了不同的ZnO結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)可以指導隔膜的有效功能化。系統(tǒng)的電化學測試結(jié)果表明，一維ZnO納米管和3D ZnO空心八面體由較小的納米粒子組成，可以提供足夠的活性位點以通過化學吸附作用吸附多硫化物。通道和中空結(jié)構(gòu)中的空隙可能會局部凝結(jié)多硫化物，從而促進反應動力學。此外，一維通道可以定向加速電子傳輸并縮短離子傳輸距離，從而進一步提高反應動力學。這些優(yōu)點并未被0D ZnO納米顆粒顯示。因此，一維ZnO/2D石墨烯（1D/2D）功能化的膜比3D ZnO/2D石墨烯（3D/2D）隔膜起更好地限制多硫化物的穿梭效應的作用，而0D/2D隔膜對多硫化物顯示出最差的阻滯性。帶有1D/2D隔膜的電池具有出色的循環(huán)性能（200個循環(huán)后在1C時為927 mA h/g）和高倍率容量（在6.0C時為754 mA h/g）。
Figure 1. （a）功能隔膜的合成過程和（b）LSBs中不同ZnO/石墨烯功能隔膜的硫電池的工作機理示意圖
Figure 2. 不同尺寸ZnO的FESEM和TEM圖像：（a–c）0D納米顆粒、（d–f）1D納米管和（g–i）3D八面體
Figure 3. （a）在1.7–2.8 V的電壓范圍內(nèi)，相對于Li
+/Li，硫//1D/2D在0.1 mV/s掃描速率下的循環(huán)伏安（CV）曲線；在1C的電流密度下，硫//1D/2D的（b）恒電流充電/放電曲線和（c）倍率性能；（d）循環(huán)性能（1C）、（e）倍率性能和（f）循環(huán)性能（2C）
Figure 4. 具有（a）原始隔膜、（b）0D/2D、（c）1D/2D、（d）3D/2D隔膜組裝的硫電池的自放電行為
相關研究成果于2019年由山東大學Baojuan Xi課題組，發(fā)表在J. Mater. Chem. A（DOI: 10.1039/c8ta12409d）上。原文：Insight into different-microstructured ZnO/graphene-functionalized separators affecting the performance of lithium–sulfur batteries。
