文章介绍：

锂硫电池因其硫资源丰富、成本低廉且理论容量极高，被广泛视为极具前景的下一代储能技术。然而，锂硫电池的实际应用仍受限于硫氧化还原化学固有的“传输-转化”困境。在循环过程中，硫通过可溶性多硫化锂经历多步固-液-固转化，这同时带来两个挑战：(i) 多硫化锂穿过多孔隔膜的长程迁移，导致穿梭效应和活性物质的持续损失；(ii) 缓慢的转化动力学与低效的离子传输相耦合，造成严重的极化以及不完全的Li₂S沉积，尤其是在高电流密度下。当锂硫电池在实际条件下（如高面容量和贫电解液）运行时，这些问题会急剧放大：有限的离子传输路径和不完全的润湿加剧了浓度梯度，加速的多硫化锂扩散助长了寄生反应，而不均匀的Li₂S沉积进一步使正极和锂金属负极失稳。

大量研究致力于缓解穿梭效应和改善反应动力学，但大多数策略将这两个问题分开处理。正极宿主工程（如极性吸附位点、催化异质结构和导电骨架）已被证明能有效固定多硫化锂并加速其局域转化。近期研究通过精确的催化位点设计、异质结构工程和电极微环境调控，在加速硫氧化还原反应方面取得了显著进展。然而，尽管有这些进步，这类局域化策略往往仍无法完全阻止多硫化锂向电解液储库中迁移——这一局限性在高载量和贫电解液条件下尤为突出，此时传质成为主要制约因素。电解液调控（如局域高浓度电解液、添加剂）可以抑制多硫化锂的溶解或稳定界面，但通常需要在粘度、成本和严格的电解液/硫比约束下进行权衡。中间层和隔膜涂层提供了更直接的手段，因为隔膜位于正极转化化学与锂负极稳定性之间的交界处；然而，现有的隔膜改性通常分为两类，各有明显局限。吸附层（极性氧化物/硫化物、金属有机框架/共价有机框架）可以减缓多硫化锂的扩散，但可能遭遇饱和、选择性有限或在较高载量下电解液通路受损的问题。催化涂层可以促进多硫化锂转化，但它们往往很大程度上无法控制锂离子通量、阴离子传输和界面润湿，因此浓差极化和不均匀沉积在贫电解液条件下仍会累积，最终导致不稳定的锂沉积/剥离和快速的性能衰减。

这些观察突显了一个未被充分探索的设计原则：功能化隔膜不应仅仅拦截多硫化物，而应作为一个离子选择性、纳米限域的反应界面，在同一个受限空间内将传输选择性（锂离子与多硫化锂）与转化动力学耦合起来。纳米流体架构提供了一条前进之路，因为带电的亚微米尺度限域通道可以重塑局域离子分布，通过短扩散路径维持连续的锂离子供应，并将可溶性中间体保留足够长的时间以实现快速的界面转化。本质上，这种隔膜成为一个“活性中间相”，既在源头抑制穿梭效应，又加速硫氧化还原化学——这对于传质占主导地位的高面容量运行而言尤为关键。

在此，我们报道了一种由VMT-Li实现的蛭石衍生纳米流体隔膜界面。通过逐步阳离子交换和剥离，获得了VMT-Li纳米片，并将其组装到商用聚丙烯隔膜上，形成具有负电荷、层间限域通道的坚固层状涂层。这一架构旨在：(i) 通过离子选择性纳米流体路径优先传导锂离子，同时通过电荷控制的排斥和几何限域排斥阴离子多硫化锂；(ii) 建立一个限域反应微环境，在极性表面富集多硫化锂并促进Li₂S形核与生长，从而在抑制多硫化锂长程迁移的同时加速硫转化。此外，层状涂层改善了电解液润湿耐受性，支持在实际约束条件下稳定运行。该策略的有效性在多个尺度上得到了验证：VMT-Li/PP增强了锂||铜和锂||锂电池中锂沉积/剥离的可逆性；在锂硫全电池中，它显著降低了阻抗，提高了倍率性能和循环稳定性。重要的是，这些优势在面向应用的条件下依然保持，能够在高硫载量（约9 mg cm⁻²）和贫电解液（电解液/硫比=6 μL mg⁻¹）下实现稳定循环，并进一步扩展到1 Ah级锂硫软包电池，基于整个软包电池质量实现了约200 Wh kg⁻¹的能量密度。总之，这项工作建立了一个可扩展的纳米流体隔膜概念，协调了多硫化物限域与快速硫转化之间的矛盾，为长寿命、高面容量锂硫电池提供了一条实用化路径。

中文摘要：

锂硫电池在高能量存储方面前景广阔，然而实际器件受到多硫化物穿梭和硫转化缓慢的耦合挑战的制约，这些挑战在高硫载量和贫电解液条件下尤为严重。本文报道了一种蛭石衍生的纳米流体隔膜界面，该界面将离子选择性传输与转化调控相耦合，以加速硫电化学并提高硫利用率。将插锂蛭石纳米片组装到商用聚丙烯隔膜上，形成具有负电荷、层间限域通道的层状涂层。该纳米流体界面优先传导锂离子，同时排斥阴离子多硫化物，并同时创建一个限域反应微环境，富集中间体并促进Li₂S的形成，从而协调了穿梭抑制与加速的硫氧化还原动力学。因此，使用VMT-Li/PP的锂硫电池表现出显著降低的界面阻抗（81.9 Ω对比PP的227.1 Ω）和稳定的长期循环性能（在2 C倍率下循环500圈后仍保持581.4 mAh g⁻¹的容量）。重要的是，这些优势在实际条件下（硫载量约9 mg cm⁻²，电解液/硫比=6 μL mg⁻¹）依然保持，并扩展到了1 Ah级软包电池，基于整个软包电池质量实现了约200 Wh kg⁻¹的能量密度。本工作确立了纳米流体界面工程作为一种可扩展的策略，以实现快速的硫转化和长寿命、高面容量锂硫电池。