柔性、可穿戴电子的快速发展迫切需要兼具优异机械柔性和高能量密度的可充电电池。锂硫（Li-S）电池以高能量密度、低成本、绿色环保等突出优点而引起了人们的极大兴趣，但其发展和应用受限于单质硫的绝缘特性、多硫化锂（Li2Sx）的穿梭效应和充放电过程中硫的体积膨胀。目前主要的解决策略是将硫均匀负载在多孔导电非极性碳纳米材料或极性金属氧化物载体中以及对隔膜进行改性，通过物理限域或化学吸附来抑制Li2Sx的溶解、穿梭和在正极的积累。

以Ti3C2Tx为代表的MXene是一类新的二维过渡族金属碳(氮)化物，具有优异导电性、强的极性和独特表面化学环境，是作为硫的载体构筑长寿命、高能量密度、超柔性Li-S电池复合正极的新型理想材料。南京工业大学杨建教授和瑞士联邦理工学院联邦材料科学技术研究所张传芳博士研究团队通力合作，在前期制备出S@Ti3C2Tx复合浆料电极，并发现MXene通过其表面的–OH化学吸附Li2Sx并进一步原位形成亚硫酸盐保护层，从而有效抑制了Li2Sx的溶解和穿梭，展现了MXene在固硫、实现长程稳定性锂硫电池方面的巨大潜力（Advanced Science, 2018, 5(9): 1800502）。最近，他们又采用干法气相蒸镀的思路，制备出了具有出色柔韧性、可以经受频繁弯曲的Ti3C2Tx/S导电纸，阐明了Ti3C2Tx的固硫机制，将其直接用作Li-S电池无粘结剂正极获得了在1C电流密度循环1500圈后970 mAh g-1的比容量和每圈0.014%的超低容量衰减率，并且基于Ti3C2Tx/S导电纸首次制备出了软包半电池和Ge-S全电池原型器件，展现出在智能电子和织物领域的良好应用前景。相关成果以“A Robust, Freestanding MXene-Sulfur Conductive Paper for Long Lifetime Li-S Batteries”为题发表在Advanced Functional Materials（2019, 1901907）上。论文第一作者：硕士生唐欢、李文龙；通讯作者：杨建、张传芳。（文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.201901907）

该工作得到了江苏高校优势学科建设工程、江苏先进无机功能复合材料协同创新中心、江苏高校青蓝工程、江苏省研究生科研与实践创新计划、江苏高校品牌专业的资助。

图1. 柔韧、自支撑的Ti3C2Tx/S导电纸的制备示意图

图2. Ti3C2Tx/S柔性导电纸的显微结构及表征

图3. Ti3C2Tx/S导电纸的电化学性能

图4. Ti₃C₂T_x表面原位形成硫酸盐复合保护膜捕集多硫化锂的示意图

图5. 基于Ti₃C₂T_x/S导电纸的柔性软包半电池原型器件

图6. 基于Ti₃C₂T_x/S导电纸的Ge-S全电池原型器件

作者：杨  建

审核：吕忆农

上传：李  荃