科技的不斷進步對鋰離子電池技術提出了更高的要求，特別是在電動汽車等大規模儲能領域，對能量密度更高、價格更低的新型鋰離子電池提出了更高的要求。其中，硫鋰電池作為一種多電子反應鋰離子電池，其能量密度(2600Wh/kg)和價格優勢遠高于目前市面上的磷酸鐵鋰和氧化鈷鋰電池，因此引起了廣泛關注。但在充放過程中存在著單質硫電導率差、中間多硫化物穿梭效應、充放過程中的體積膨脹等一系列問題。目前，研究人員對硫正電極的基體材料提出了一系列優化策略，如通過多孔碳提高硫正電極的電導率，通過氮摻雜提高對多硫化物的吸附。但是，各種手段取得的效果有限，不能從根本上解決問題。因此，需要一種結合多種功能的更有效的正極基質材料。
北京大學研制了一種新型納米鈷多孔碳載體鋰硫電池材料
一種新型鋰硫電池材料
最近,北京大學深圳研究生院學院馮新材料盤清潔能源中心的教授領導的研究小組一個MOF材料制備基于鈷納米晶體的共同責任氮摻雜多孔碳籠的鋰電池作為一種新型宿主材料,通過其優秀的電化學性能表征測試發現,包括XRD, SEM, TEM、XPS,并通過DFT等多種手段揭示了性能的原因，闡明了Co納米晶、多硫化物吸附動力學對鋰離子擴散和轉化的積極作用，為制備新型鋰電池正極材料提供了思路。該成果最近發表在能源材料領域的知名期刊《先進能源材料》(2020,10 (9)，1903550,IF=24.884)上。
本研究的新穎之處在于，本課題組利用高比表面積的zNCO-MOF吸附葡萄糖小分子，在碳化過程中，葡萄糖優先碳化成SP2結構的碳框，在MOF腔內分離金屬鈷，提高電導率。同時，適量的硫可使活性硫物質裝載在碳籠內而不是表面，使硫與碳籠骨架保持較強的相互作用。團隊制備鈷納米晶體的高分散承擔負載氮摻雜多孔碳籠多硫化物硫活性原料和中間體與多功能效應,包括導電率的提高,含硫量高,應力消除,鋰離子的加速擴散動力學,催化多硫化物快速轉換和強烈的聚硫吸附中間體等等,它們可以保證鋰硫電池高性能比和長循環壽命。
北京大學研制了一種新型納米鈷多孔碳載體鋰硫電池材料
一種新型鋰硫復合陽極材料的電化學性能
同時，一系列研究表明，骨架中攜帶的高度分散的Co納米晶不僅能有效促進鋰離子的擴散和多硫化物的氧化還原，還能進一步增強多硫化物的吸附。這項工作為過渡金屬作為鋰硫電池中多硫化物的高性能催化劑提供了新的參考。
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