Nature子刊：金属有机物框架和碳纳米管薄层组合的高性能锂硫电池

【引言】

便携设备和可穿戴电子器件使得柔性储能器件的需求量激增，锂硫电池凭借高理论能量密度、低成本和环境友好等特点，成为解决这种激增需求的最佳候选者之一。难以大规模生产和商业化推广的主要难题有：1.活性材料的电子和离子导电性差‚2.充放电过程中体积变化大3.中间多硫化物溶解使得电池寿命降低。

【成果简介】

来自浙江大学彭新生教授和林展教授（共同通讯作者）课题组近日在NATURE COMMUNICATIONS上发表了题为Foldable interpenetrated metal-organic frameworks/carbon nanotubes thin film for lithium–sulfur batteries的文章，他们在柔性或者固态Li-S电池中通过约束转换，使金属有机骨架（MOF）和碳纳米管薄层（CNT）结合，构成单层次多孔结构和穿插的三维导电网络，大大提升了锂硫电池的综合性能。

【图文导读】

图1.合成负载有S₈的MOFs/CNT复合物的薄层

字母对应的含义：MHNs-金属氢氧化物纳米链；CNT-碳纳米管；MOFs-金属有机骨架

图2.HKUST-1/CNT复合物薄层的形貌表征

ab. 负载硫之前的表面形貌

cd. 负载硫之前的断面图

ef. 负载硫之后的表面形貌及断面图

图3.合成的S@MOF/CNT电极的电化学性能测试

a. S@HKUST-1/CNT电极的循环性能测试

b. S@HKUST-1/CNT电极的倍率性能测试

cd. S@HKUST-1/CNT, S@MOF-5/CNT 和 S@ZIF-8/CNT电极的循环和尼奎斯特图

e. S@HKUST-1/CNT电极和普通MOFs基负载硫电极的容量对比图

图4.软包装锂硫电池的电化学性能测试图

a. 软包装锂硫电池以不同角度点亮LED灯的照片

b. 不同角度下的循环性能测试

c. 负载57 mg cm^-2硫时的长周期循环性能测试

d. 不同硫负载量的循环性能测试

e. 体积变化测试

【小结】

本文作者采用穿插可折叠金属有机框架与碳纳米管薄层复合的方式，合成无粘结剂的先进锂硫电池。碳纳米管在金属有机物框架中渗透，与电极相互交织形成层状结构。高介孔的金属有机物框架可以更稳定的负载硫，以提高循环性能。这种多孔贯通的三维导电网络不但提高了硫的负载量和利用率，也提高了体积和能量密度。

原文链接：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学术组 Yuezhou 整理。

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