Nature子刊：金屬有機物框架和碳納米管薄層組合的高性能鋰硫電池

【引言】

便攜設備和可穿戴電子器件使得柔性儲能器件的需求量激增，鋰硫電池憑借高理論能量密度、低成本和環境友好等特點，成為解決這種激增需求的最佳候選者之一。難以大規模生產和商業化推廣的主要難題有：1.活性材料的電子和離子導電性差?2.充放電過程中體積變化大3.中間多硫化物溶解使得電池壽命降低。

【成果簡介】

來自浙江大學彭新生教授和林展教授（共同通訊作者）課題組近日在NATURE COMMUNICATIONS上發表了題為Foldable interpenetrated metal-organic frameworks/carbon nanotubes thin film for lithium–sulfur batteries的文章，他們在柔性或者固態Li-S電池中通過約束轉換，使金屬有機骨架（MOF）和碳納米管薄層（CNT）結合，構成單層次多孔結構和穿插的三維導電網絡，大大提升了鋰硫電池的綜合性能。

【圖文導讀】

圖1.合成負載有S₈的MOFs/CNT復合物的薄層

字母對應的含義：MHNs-金屬氫氧化物納米鏈；CNT-碳納米管；MOFs-金屬有機骨架

圖2.HKUST-1/CNT復合物薄層的形貌表征

ab. 負載硫之前的表面形貌

cd. 負載硫之前的斷面圖

ef. 負載硫之后的表面形貌及斷面圖

圖3.合成的S@MOF/CNT電極的電化學性能測試

a. S@HKUST-1/CNT電極的循環性能測試

b. S@HKUST-1/CNT電極的倍率性能測試

cd. S@HKUST-1/CNT, S@MOF-5/CNT 和 S@ZIF-8/CNT電極的循環和尼奎斯特圖

e. S@HKUST-1/CNT電極和普通MOFs基負載硫電極的容量對比圖

圖4.軟包裝鋰硫電池的電化學性能測試圖

a. 軟包裝鋰硫電池以不同角度點亮LED燈的照片

b. 不同角度下的循環性能測試

c. 負載57 mg cm^-2硫時的長周期循環性能測試

d. 不同硫負載量的循環性能測試

e. 體積變化測試

【小結】

本文作者采用穿插可折疊金屬有機框架與碳納米管薄層復合的方式，合成無粘結劑的先進鋰硫電池。碳納米管在金屬有機物框架中滲透，與電極相互交織形成層狀結構。高介孔的金屬有機物框架可以更穩定的負載硫，以提高循環性能。這種多孔貫通的三維導電網絡不但提高了硫的負載量和利用率，也提高了體積和能量密度。

原文鏈接：Foldable interpenetrated metal-organic frameworks/carbon nanotubes thin film for lithium–sulfur batteries（Nat. Commun., 2017，Doi:10.1038/ncomms14628）

本文由材料人新能源學術組 Yuezhou 整理。

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