武汉大学邓鹤翔教授和柯福生副教授团队：基于MOF的超大电流快速充放电锂硫电池

近日，武汉大学化学与分子科学学院的研究团队在化学顶级期刊德国应用化学（Angew. Chem. Int. Ed.）在线发表锂硫电池（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Inside cover展示。

长期以来，MOF材料的应用集中在气体分离、存储、催化等领域。然而，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的极性孔道传输离子的优势，提升导电性具有决定性的作用。

研究人员并没有采用直接设计合成导电MOF的传统路径，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着重要的影响，如介孔PCN-224的通透十字交叉结构非常有利于离子扩散，其大倍率充放电性能最佳。

图1.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。

该论文题为《基于金属有机框架材料的高充放电速率锂硫电池》Metal–Organic Frameworks for High Charge–Discharge Rates in Lithium–Sulfur Batteries （Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 3916-3921. DOI: 10.1002/anie.201712872）。邓鹤翔教授和柯福生副教授为该论文的通信作者，博士生江浩庆和硕士生刘晓晨为该论文的共同第一作者。其他作者包括研究生邬玉珊，宫煊和硕士研究生舒于飞。该项研究得到了中组部青年千人计划、基金委重大研究计划重点项目、培育项目、基金委面上项目、湖北省重点项目、武汉大学苏州研究院项目和武汉大学创新团队项目的支持。

图2. Angew杂志内封（Volume 57, Issue 15 April 3, 2018）

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201712872

来源：武汉大学