鑒于硫資源的高理論能量密度和低成本，鋰硫（Li-S）電池被認(rèn)為是下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)有前途的候選者。抑制多硫化物擴(kuò)散和促進(jìn)氧化還原動(dòng)力學(xué)是鋰硫電池面臨的主要挑戰(zhàn)。

圖1 ZnCo-MOF-NBs的形貌表征

新加坡南洋理工大學(xué)樓雄文等通過(guò)連續(xù)的陽(yáng)離子和配體交換方法設(shè)計(jì)和制備了一種獨(dú)特的ZnCo基雙金屬有機(jī)框架納米盒（ZnCo-MOF-NBs），以作為L(zhǎng)i-S電池的功能性硫宿主。

研究顯示，原子分散的Co-O₄位點(diǎn)顯示了對(duì)LiPSs的強(qiáng)烈吸附，并在電催化作用下促進(jìn)LiPSs的氧化還原動(dòng)力學(xué)。中空結(jié)構(gòu)不僅可以封裝足夠的硫并容納其大量的體積膨脹，還可以物理地抑制LiPSs的惡性擴(kuò)散，從而確保循環(huán)壽命的延長(zhǎng)。

圖2 Li-S電池的性能研究

因此，ZnCo-MOF/S正極在0.1C時(shí)表現(xiàn)出1076 mAh g^-1的高可逆容量，并在0.5C時(shí)具有300次以上的循環(huán)穩(wěn)定性，每循環(huán)的容量衰減為0.048%，庫(kù)倫效率穩(wěn)定在98%以上。此外，即使在1.0 C下循環(huán)，ZnCo-MOF/S電極也能實(shí)現(xiàn)300次的穩(wěn)定循環(huán)，每循環(huán)的容量衰減率為0.023%。這項(xiàng)工作將為L(zhǎng)i-S電池和其他先進(jìn)硫基儲(chǔ)能系統(tǒng)的空心MOF基宿主的設(shè)計(jì)提供新的靈感。

圖3 對(duì)多硫化物的吸附研究

Bimetal-Organic Framework Nanoboxes Enable Accelerated Redox Kinetics and Polysulfide Trapping for Lithium-Sulfur Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202305828