纳米纤维素用于制备锂硫柔性电池

锂硫电池因其理论体积能量密度（2800 Wh L-1）和重力能量密度（2500 Wh kg-1）高、容量远超传统锂离子电池而备受关注。因此，开发高性能柔性锂硫电池可以更好地满足未来柔性可穿戴电子设备的需求。此外，元素硫具有资源丰富、价格低廉等突出特性，使得锂硫电池成为一种极具吸引力的 EES。首先，在电化学循环过程中，硫颗粒的体积变化会导致活性材料的结构变化，从而降低容量。其次，绝缘硫和 Li2S 会使电化学动力学缓慢。第三，多硫化物容易溶解在电解液中，导致 “穿梭现象”。为了解决这些问题，人们在设计和制备新型电极、电解质和分离器方面进行了各种尝试。

1. 柔性电极

可将纳米纤维素和活性材料整合在一起，制造 LSB 的复合电极。由于具有丰富的羟基、缠结网络和高纵横比，柔性 CNF 被开发为一种构件，用于制造独立的、夹层结构的、具有高面积质量负载的长寿命 LSB 阴极材料。在活性层的两侧制备了相互连接的 CNF/ CNT 层，以提供高效的电子传输和捕获多硫化物。碳质材料（石墨烯和 CNT/CNF 纤维）的物理封装和化学功能化（异性N掺杂）对多硫化锂的化学吸附产生了协同效应，从而实现了良好的电子传导性，并抑制了多硫化物的溶解和迁移。在硫的平均负载为 8.1 mg cm-2 的情况下，该电极具有≈8 mAh cm-2 的高容量，平均库仑效率≈97.3%。Wu 等人报道了在双相 MWCNT/CNF/NiCo2S4 自立纸上进行局部浓度效应衍生的异质 Li2S2/Li2S 沉积的高性能多硫化锂电池。高性能自立可溶性多硫化锂（LiPS）宿主-MWCNT/CNF/NiCo2S4（3.5 毫克/厘米-2）可催化 2.85 毫克/厘米-2（基于硫）负载的 LiPS。

2. 柔性电解质/隔膜

制备了纳米级微纤维化纤维素聚合物系统作为锂-S 可充电电池的电解质。该聚合物电解质具有出色的热稳定性、高离子导电性以及与锂金属的稳定界面。以丰富的天然纤维素基聚合物电解质为隔膜的电池在环境条件下表现出更高的比容量、出色的库仑效率、更好的循环稳定性和速率能力。亲水、环保、低成本的 CNC 被提出用于高性能 LSB，作为多功能多硫化物阻挡层。功能理论。此外，CNC 还可以作为分离器上的多硫化物阻挡物，阻碍多硫化物穿梭到锂阳极。因此，即使在硫含量高达 90 wt%（阴极中硫含量为 63 wt%）、负载量高达 8.5 mg cm-2 和温度高达 60 °C 的条件下，制备的 LSB 也能表现出出色的循环性能。

总之，纳米纤维素基混合材料有望用作高性能 LSB 的电极、电解质和分离器。然而，仍然存在一些挑战，例如如何在阴极中实现高活性材料负载的同时保持纳米纤维素基复合材料的高机械强度、柔韧性和优异的电子导电性。如何缓解多硫化物穿梭，并保持稳定持久的效果，仍然是纳米纤维素基电极和隔膜面临的挑战。因此，合理设计和优化纳米纤维素的分层多孔结构和表面/界面特性对于构建高性能 LSB 至关重要。