近日，我校物理科学与技术学院物理学系的许清池副教授、徐俊教授团队和曹昕睿副教授、吴顺情教授团队合作，在高性能锂硫电池研究中取得新进展。相关研究成果以“From Bulk to Nanosheet: How Tellurene Can Influence the Performance of Li-S Batteries on Both Electrodes”为题发表在Advanced Functional Materials期刊上。
面对全球愈加严峻的环境挑战，以及对高效替代能源存储的迫切需求，锂硫电池凭借其高达2800 Wh/kg的理论能量密度受到了广泛关注。硫作为其主要活性材料，不仅资源丰富、成本低廉，相较于锂离子电池所采用的过渡金属元素，还具备更环保、可持续的优势。然而，尽管锂硫电池展现出巨大的潜力，其实际应用仍面临诸多技术瓶颈，尤其是多硫化物穿梭效应带来的挑战。目前，大多数策略主要集中在改善电池的正极或负极单一电极性能，难以同时实现对正极和负极的协同优化。
二维材料因其独特的物理化学性质，近年来逐渐成为电池材料研究的热点之一。与传统材料相比，二维材料具有更高的比表面积和更多的活性位点，能够在不牺牲导电性和稳定性的前提下，提升电池的整体性能。
物理学系许清池副教授、吴顺情教授和徐俊教授团队在这一领域取得了突破性进展。他们重点研究了二维碲烯材料，将其修饰在锂硫电池隔膜上，并详细分析了碲烯在电池正负极中的双重作用机制。在正极方面，超薄二维碲烯的纳米片结构显著提升了电极的电导率，并通过提供更多的活性位点，加速了多硫化物的转化，从而避免了穿梭效应的发生。而对于负极，碲烯则促进了聚碲硫化物的形成，在锂负极表面形成稳定的固体电解质中间相（SEI）。这种保护性SEI层能够有效抑制锂枝晶的生长，增强锂的可逆沉积过程。
二维碲烯在锂硫电池正负极中的双重作用
因此，超薄二维碲烯所带来的双重特性对于锂硫电池的安全性和长期循环性能发挥了至关重要的作用。为了进一步验证碲烯尺寸对电池性能的影响，研究团队还采用了计算模拟手段。模拟结果显示，优化后的碲烯尺寸能够显著提升多硫化物的转化效率。这一研究成果将为未来锂硫电池材料的设计提供了新的思路和方向。
该工作在厦门大学物理学系许清池副教授、吴顺情教授和徐俊教授的共同指导下完成，物理学系博士生韩斌，曹昕睿副教授，已毕业硕士生刘兴发为论文的共同第一作者，物理学系为该论文第一单位，该工作得到了国家自然科学基金项目（22471226，2272142）、厦门大学校长基金（20720220031）和111引智计划（B16029）的资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202415782
（物理科学与技术学院）