我研究院在空间限域和催化多硫化物转化助力高负载Li-S电池方面取得重要进展

近日，我院瞿佰华副教授和材料学院彭栋梁教授合作，通过空间限域和化学吸附催化多硫化物的一体化设计，构筑了一种应用于高比能锂硫（Li-S）电池的高负载硫正极复合材料。相关成果以“Rational Integration of Spatial Confinement and Polysulfide Conversion Catalyst for High Sulfur Loading Lithium-Sulfur Batteries”的为题发表在Nanoscale Horizons上（DOI: 10.1039/c9nh00663j，IF：9.095）。

Li-S电池由于其高的理论能量密度（2600Wh Kg^-1）被认为是最具前景的高比能二次电池之一。然而，Li-S电池自身存在的诸多问题如活性物质S/Li₂S糟糕的电子离子导率和较差的电化学反应活性、多硫化物导致“穿梭效应”、活性物质在充放电时的体积膨胀等，成为Li-S电池发展的瓶颈。针对这些问题，瞿佰华副教授指导硕士生张庆飞同学，通过静电纺丝工艺制备前驱体纤维膜并将双金属MOF（ZnCo-ZIF）颗粒引入到聚丙烯腈（PAN）纤维内部，通过热解过程中ZnCo-ZIF作为自牺牲模板既形成了多级孔结构，均匀的多级孔结构对多硫化物具有较好的物理吸附及限域作用；同时ZIF热解过程中原位引入了Co和N，在内部空腔表面形成了极性碳基质和大量的电化学活性位点，通过化学吸附多硫化物和催化多硫化物的转化，抑制“穿梭效应”的同时改善电化学反应动力学。以上设计使该材料在高硫负载量下展现出了非常优异的性能，在面积负载量达到9.33 mg cm⁻²时，0.2C循环100圈后面积比容量依然可达到7.16 mAh cm⁻²。

该研究工作得到了国家重点研发计划、厦门大学校长基金（工学部）、国家自然科学基金等项目的资助和支持。另外本文中理论计算方面工作与厦门大学物理科学与技术学院吴顺情教授和曹昕睿副教授合作完成，论文发表过程中，我院崔景芹高级工程师和材料学院谢清水副教授参与讨论及论文修改，并提供重要的帮助。