邓鹤翔和柯福生团队锂硫电池研究获突破

导电聚合物-MOF复合材料与对比组材料在充放电过程中的优劣比较以及在高倍率10.0 C下长循环测试曲线

化学顶级期刊《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed.)，近日在线发表化学与分子科学学院邓鹤翔、柯福生团队锂硫电池(Li-S)突破性研究成果。

该研究采用导电聚合物(CP)和金属有机框架(MOF)作为复合电极，首次实现Li-S电池在16.8 A/g充放电电流下1000周循环，揭示了MOF材料在电化学储能器件方面的巨大应用前景，被杂志社评选为VIP文章，并被选作内部封面展示。

论文题为Metal–Organic Frameworks for High Charge–Discharge Rates in Lithium–Sulfur Batteries(《基于金属有机框架材料的高充放电速率锂硫电池》)。邓鹤翔、柯福生为通信作者，博士生江浩庆、硕士生刘晓晨为共同第一作者。其他作者包括研究生邬玉珊、宫煊、舒于飞。

长期以来，MOF材料的应用集中在气体分离、存储、催化等领域。受导电性限制，MOF在电化学应用方面的关注较少。如何充分发挥MOF极性孔道传输离子的优势，提升导电性具有决定性意义。传统路径是直接设计合成导电MOF，研究人员没有采用这一路径，而是将导电聚合物与MOF复合，成功将导电率提升7个数量级。该复合材料作为锂硫电池阴极，在10.0 C(16.8 A/g)大电流密度下充放电循环1000次后仍有440 mAh/g的容量，倍率性能优于传统碳基载硫材料。通过对比多种孔道拓扑结构，研究人员首次发现了MOF的孔道结构对其高倍率下的电化学性能有重要影响，具有通透十字交叉结构的MOF非常利于离子扩散，其大倍率充放电性能最佳。