鋰硫電池具有大的理論容量和高的能量密度, 以及正極材料硫來源廣泛, 環境友好等特點, 有望成為下一代高性能鋰離子電池. 但其商業化應用仍存在諸多技術挑戰, 如固體硫化物的導電性差, 可溶性多硫化物中間體的穿梭效應以及充放電過程體積變化大等問題, 這些問題導致低的硫利用率和迴圈壽命. 如何在大幅提高放電性能和穩定性的同時, 限制多硫化鋰的穿梭效應已成為當前研究的熱點之一.
中國科學院福建物質結構研究所研究員王瑞虎課題組與大連理工大學教授田東旭合作, 選用含有硼酸和氰基的有機配體, 通過自聚法構築了含有三嗪環和硼氧六環兩種功能基元的二元共價有機框架 (COF) . 該研究不僅解決了多種配體通過傳統的正交法構築二元COF面臨的產物分離純化難的問題, 而且使用該COF作為硫的主體, 利用其結構規整, 孔道均一和活性位點豐富等特點, 為研究主體材料和多硫化物的化學吸附機制提供了理想模型. 通過電化學實驗和理論計算, 發現三嗪環表現出強的親鋰性能, 而硼氧六環表現出高的親硫性能, 這種雙親性作用使TB-COF表現出優良的多硫化物吸附能力, 有效解決了多硫化物的穿梭效應, 大幅度提高了鋰硫電池的迴圈穩定性能.
研究工作得到了國家自然科學基金和中科院戰略性先導科技專項的資助, 相關研究成果發表在Energy Storage Materials上, 論文的第一作者是助理研究員肖助兵.
