通過兩層不同性質(zhì)材質(zhì)的Janus膜可用作鋰離子電池隔膜
來源：《先進功能材料》雜志
據(jù)X-MOL資訊網(wǎng)2016年10月23日訊 關于Janus粒子的論述，最早恐怕要追溯到P. G. de Gennes的諾獎演講（當然，最早關于Janus粒子的文章要再早一些）。Janus（杰納斯）是古羅馬神話中的兩面神的名字，據(jù)說他有兩張臉，一張面向過去，一張面向未來。而在化學領域，它被用來形容具有不對稱結構，特別是相反結構或性質(zhì)的材料。Janus粒子也成為了最早被研究的Janus材料之一。
當Janus的概念被引述到二維材料的時候，Janus界面材料則成為了研究者們重新關注的一個熱點，例如，Janus膜。
早期對于Janus膜的研究集中在其獨特的定向滲透現(xiàn)象，隨著對Janus膜的深入了解，相關研究正逐漸轉向實際應用之中，比如油水分離、酶膜反應器、鼓泡器、膜蒸餾等等。
來自韓國蔚山國立科技研究所（UNIST）的Sang Kyu Kwak和Sang-Young Lee教授課題組將具有Janus結構的電池隔膜應用于鋰離子電池中，相關論文發(fā)表在Advanced Functional Materials上。（Janus-Faced, Dual-Conductive/Chemically Active Battery Separator Membranes. Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602734）。
在鋰離子電池中，電池隔膜起到兩個主要作用：一是隔絕正極與負極，防止短路；二是提供離子通道。不過在這項工作中，研究者把關注點放在了另外兩個問題上。一方面，在反復的充放電過程中，陰極中鋰金屬氧化物里的重金屬離子（如Mn2+、Ni2+、Co2+等）會溶解造成陰極結構變化，以及其遷移到陽極還原成重金屬，會導致在循環(huán)充放電過程中電池容量的急劇退化，在高溫情況下更為顯著。另一方面，盡管傳統(tǒng)觀念認為電池隔膜應該完全絕緣，但是最近對于鋰硫電池的研究表明，如果電池隔膜貼近電極的部分如果為導電薄層，則可能有利于電極的電子傳導。
實驗結果是顯而易見的，相較于傳統(tǒng)的聚烯烴電池隔膜，Janus膜在各個方面的性能都有了顯著的提升，特別是在解決了重金屬離子在陽極表面的沉積問題后，電池在多次循環(huán)中的電池容量的下降得到了有效的抑制。
最后簡單的總結一下。Janus膜的一個重要的設計思路就是通過兩層不同性質(zhì)的膜來解決應用過程中的不同問題，這一思路在這篇論文中得到了充分的體現(xiàn)，而在未來的研究中，Janus膜的這一潛力同樣可以應用在環(huán)境、能源、醫(yī)療等領域的各個分支。