锂-硫(Li-S)电池是一种很有前景的储能材料，但由于多硫化物(PS)的严重穿梭效应，锂-硫电池的容量和循环性能都面临巨大挑战。近日，我院在层析膜电极设计及其在锂硫电池应用研究中取得重大进展。研究人员将广泛应用于蛋白质选择性吸附的膜首次应用于电池领域，利用了海藻酸钠的凝胶性和其对多硫化物的亲和性在电极的内部原位构建了亲和膜来抑制 Li-S 电池中的多硫化物，降低了PS的渗透性。

海藻酸钠（SA）衍生亲和层析膜内置电极的制备工艺图

受多级分离理论的启发，研究者设计了SA亲和色谱膜。亲和膜色谱的主要优点是，它克服了粒状多孔载体的扩散和传质阻力的缺点，在锂-硫电池领域开辟一种新的方法。同时，SA是一种低成本的海藻多糖，具有形成多层凝胶和膜的独特性质，对PSs表现出很强的亲和力，符合亲和膜色谱的要求。

电极结构、固硫机理图

以亲和膜内置电极组装的 Li-S 电池表现出良好的容量保持率（0.2 C，200 循环，容量保持率：76.3%）。此外，该方法改变了传统粘结剂的粘结方式，在电极表面形成了聚合物膜从而对活性物质进行包裹，因此有望提高电极的担量。用该方法制备的高担载量（7.6 mg cm^-2）的电极也表现出较高的初始容量（0.05 C 时为 1302 mAh g^-1）和较高的容量保持率（95.2%，0.1 C，40 个循环）。海藻酸钠对多硫化物的吸附作用以及亲和膜内置电极的分层结构设计是抑制多硫化物飞梭、提升电池循环寿命的关键。

该工作还通过理论计算等方法，深入揭示了海藻酸钠在吸附多硫化物中的重要作用，对后续研究有很强的参考价值。相关成果以“Affinity Laminated Chromatography Membrane Built-in Electrodes for Suppressing Polysulfide Shuttling in Lithium-Sulfur Batteries”为题发表在国际知名期刊Advanced Energy Materials上。论文的第一作者为青岛大学材料学院硕士研究生王雨霄，共同第一作者为大连化物所博士研究生于滢，第一通讯作者为谭业强教授，共同通讯作者为大连化物所教授李先锋及张洪章研究员。该工作得到国家优秀青年科学基金项目和国家自然科学基金-面上项目的经费支持。山东省自然科学基金、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、DICP青年创新基金会、大连市科技之星计划和中国科学院DNL合作基金(dnf)的资助.

文章链接：https://doi.org/10.1002/aenm.201903233