多硫化锂(LiPS)中间物的穿梭效应和缓慢的转化动力学是阻碍锂硫电池(LSBs)实用化的主要因素。
近日,加泰罗尼亚能源研究所Andreu Cabot,温州大学侴术雷教授,加泰罗尼亚纳米科学与纳米技术研究所Jordi Arbiol,北京化工大学徐明报道了合理设计、工程化、表征和测试了一种高导电性的一维(1D)Ni-MOF,并将其作为LSB的高效硫主体材料。
文章要点
1)在1D Ni-MOF材料中,π-d杂化导致了高密度电子离域,进而实现了材料的金属特性。Ni-MOF-1D的高电导率使其克服了S、Li2S和大多数极性S基电极的绝缘特性。此外,Ni-MOF-1D与LiP之间的强相互作用在很大程度上阻止了LiPS在电解液中的溶解。同时,在该结构中,Ni-N配位中心作为双功能电催化剂,分别在放电和充电过程中促进Li2S的形成和分解。
2)实验结果显示,S@Ni-MOF-1D具有令人印象深刻的倍率性能(8 C下575 mAh g−1),以及优异的长期循环稳定性,在3 C下的1000次循环中,容量衰减幅度仅为0.018%。即使在6.7 mAh cm−2的高硫负载量下,S@Ni-MOF-1D正极也提供了6.63 mAh cm−2的高面容量,可以满足商用锂离子电池(4mAh cm−2)的需求。
本工作证明了Ni-MOF-1D是一种优良的硫载体,可作为多功能多硫化物调节剂,化学吸附LiPS,加速Li+扩散,并催化LiPS转化反应。更广泛地说,这项工作提供了新的见解,加深了人们对π-d共轭MOF的理解,并展示了它们作为LSB正极主体材料的巨大潜力。
参考文献
Dawei Yang, et al, A High Conductivity One-Dimensionalπ-d Conjugated Metal-Organic Framework with Efficient Polysulfide Trapping-Diffusion-Catalysis in Lithium-Sulfur Batteries, Adv. Mater. 2022
DOI: 10.1002/adma.202108835
https://doi.org/10.1002/adma.202108835