導電聚合物-MOF復合材料與對比組材料在充放電過程中的優(yōu)劣比較以及在高倍率10.0 C下長循環(huán)測試曲線

化學頂級期刊《德國應(yīng)用化學》(Angew. Chem. Int. Ed.)，近日在線發(fā)表化學與分子科學學院鄧鶴翔、柯福生團隊鋰硫電池(Li-S)突破性研究成果。

該研究采用導電聚合物(CP)和金屬有機框架(MOF)作為復合電極，首次實現(xiàn)Li-S電池在16.8 A/g充放電電流下1000周循環(huán)，揭示了MOF材料在電化學儲能器件方面的巨大應(yīng)用前景，被雜志社評選為VIP文章，并被選作內(nèi)部封面展示。

論文題為Metal–Organic Frameworks for High Charge–Discharge Rates in Lithium–Sulfur Batteries(《基于金屬有機框架材料的高充放電速率鋰硫電池》)。鄧鶴翔、柯福生為通信作者，博士生江浩慶、碩士生劉曉晨為共同第一作者。其他作者包括研究生鄔玉珊、宮煊、舒于飛。

長期以來，MOF材料的應(yīng)用集中在氣體分離、存儲、催化等領(lǐng)域。受導電性限制，MOF在電化學應(yīng)用方面的關(guān)注較少。如何充分發(fā)揮MOF極性孔道傳輸離子的優(yōu)勢，提升導電性具有決定性意義。傳統(tǒng)路徑是直接設(shè)計合成導電MOF，研究人員沒有采用這一路徑，而是將導電聚合物與MOF復合，成功將導電率提升7個數(shù)量級。該復合材料作為鋰硫電池陰極，在10.0 C(16.8 A/g)大電流密度下充放電循環(huán)1000次后仍有440 mAh/g的容量，倍率性能優(yōu)于傳統(tǒng)碳基載硫材料。通過對比多種孔道拓撲結(jié)構(gòu)，研究人員首次發(fā)現(xiàn)了MOF的孔道結(jié)構(gòu)對其高倍率下的電化學性能有重要影響，具有通透十字交叉結(jié)構(gòu)的MOF非常利于離子擴散，其大倍率充放電性能最佳。