化學頂級期刊《德國應用化學》, 近日線上發表武漢大學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.
該研究採用導電聚合物(CP)和金屬有機框架(MOF)作為複合電極, 首次實現鋰硫電池在16.8 A/g充放電電流下1000周迴圈, 揭示了MOF材料在電化學儲能器件方面的巨大應用前景, 被雜誌社評選為VIP文章, 並被選作內部封面展示.
論文題為Metal–Organic Frameworks for High Charge–Disge Rates in Lithium–Sulfur Batteries(《基於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材料的應用集中在氣體分離, 存儲, 催化等領域. 受導電性限制, MOF在電化學應用方面的關注較少. 如何充分發揮MOF極性孔道傳輸離子的優勢, 提升導電性具有決定性意義. 傳統路徑是直接設計合成導電MOF, 研究人員沒有採用這一路徑, 而是將導電聚合物與MOF複合, 成功將導電率提升7個數量級. 該複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迴圈1000次後仍有440 mAh/g的容量, 倍率性能優於傳統碳基載硫材料. 通過對比多種孔道拓撲結構, 研究人員首次發現了MOF的孔道結構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構的MOF非常利於離子擴散, 其大倍率充放電性能最佳.
導電聚合物-MOF複合材料與對比組材料在充放電過程中的優劣比較以及在高倍率10.0 C下長迴圈測試曲線
該研究得到中組部青年千人計劃, 基金委重大研究計劃重點項目, 培育項目, 基金委面上項目, 湖北省重點項目, 武漢大學蘇州研究院項目和武漢大學創新團隊項目支援.