北京理工大学和清华大学在电极设计中采用高能密度材料提高锂硫电池的性能

目前，锂离子电池还不能满足高功率电子设备、电动汽车和智能电网对能源的需求。为了开发更高容量的电池，研究人员将目光投向了锂硫电池，因为硫的理论容量和能量密度都很高。但锂硫电池在实际应用中还存在着一些问题，如硫本身的电导率较低以及多硫化物从正极逸出会引起容量迅速衰减等。最大的问题是在循环过程中产生的穿梭效应，这种效应导致多硫化物从正极扩散，造成容量损失，它还消耗大量新鲜的锂和电解质，降低电池的性能。

为了解决锂硫电池的穿梭问题，提高锂硫电池的性能，北京理工大学和清华大学的研究人员使用一种新型材料制作了一种夹心结构的电极，这种材料可以捕获多硫化物并提高反应动力。相关技术论文已在AIP出版社的《APL Materials》杂志上发表。

ZIF-67是一种由金属离子或金属团簇和有机配体构成的金属有机骨架(MOF)。它在气体储存和分离、催化和能量储存等方面具有广阔的应用前景。MOF衍生材料由于其坚固的结构、多孔表面和高电导率，在储能方面也很有吸引力。将硫固定在两层PZ67(源自ZIF-67)之间形成的夹心结构的电极PZ67SPZ67，使锂硫电池的实际能量密度比锂离子电池提高了3～5倍。PZ67由极性材料组成，多孔碳在化学作用中表现出协同效应，用作物理屏障，提供高电导率以阻止多硫化物的穿梭效应并增强电池的循环性能。

论文作者李思武表示，多孔PZ67不仅能捕集多硫化物并约束之以减少其穿梭效应，还能改善电池循环过程中实际活性材料的反应动力学性能。这意味着它还可以提高电池的放电电压，这对提高电池的能量密度有很大贡献。这种夹心结构的电极可以约束可溶性多硫化物，这对任何需要限制可溶性材料的人来说都是有用的。他的研究团队计划继续他们的工作，放大利用热压工艺制造混合电极的工艺。还计划通过增加一层保护层来解决锂硫电池负极侧的不稳定性问题。

[许建耘摘译自 ScienceDaily，2019-10-30]