作者:麦立强等 来源:《国家科学评论》 发布时间:2021/8/25 14:54:41
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麦立强/许絮等NSR综述:金属有机框架多方位提升锂硫电池性能

近日,武汉理工大学麦立强教授、许絮副教授在《国家科学评论》(National Science Review, NSR)发表综述文章全面总结了金属有机框架化合物(MOF)在锂硫电池各个部分中的应用,包括正极宿主,隔膜和电解质,并对MOF的作用机制、影响其性能的因素以及未来发展方向进行了详细分析和展望。博士研究生周铖为论文第一作者。

在有关锂硫电池的研究中,研究人员致力于寻找合适的材料来改善锂硫电池的性能。大量不同的材料已用于硫正极,隔膜和电解质的改性。其中,被称为多孔配位聚合物的MOF由于其本征特性而脱颖而出。与传统的多孔碳材料不同,MOF由金属离子和有机配体组成,具有高度有序的结构,可调节的孔径和无机-有机杂化性质。MOF的不同特性可用于解决锂硫电池的不同问题。例如,MOF的可调孔径和高度有序的结构使其可以用作硫的载体。同时,中心金属离子和有机配体可以有效地吸附多硫化物,并充当催化位点以加速多硫化物的转化。其一维孔可用作Li+的扩散通道,从而有效地均匀化Li+的沉积,MOF的这种离子筛分作用可以应用于锂金属负极的人造SEI膜的设计和构建,以及作为电解质的添加剂。

作者在分析里程碑式工作的基础上,结合MOF材料在锂硫电池中的最新应用,详细讨论了其在不同部分的工作机理及影响因素,包括吸附多硫化物的能力和均匀离子沉积的作用。尽管在过去的十年中,MOF在锂硫电池中的应用取得了一系列令人振奋的进展,但是MOF在锂硫电池中的进一步发展和应用仍然受到一些问题和未知机制的限制。因此,作者指出应关注以下关键因素和潜在的发展方向:

(1)应从多个方面考虑MOF孔结构对锂硫电池的影响。(2)设计并在隔膜上构筑均匀完整的MOF涂层。(3)开发大规模制备MOF基隔膜的新方法。(4)基于MOF的电解质将是潜在的发展方向。(5)选择更合适的策略以将MOF应用于锂硫电池的锂金属负极保护。(6)应发展低成本大规模制备MOF材料的方法以促进其产业化。(7)以MOF材料为基础开发高能量密度的商用锂硫电池。

最后,作者认为,尽管存在挑战,但MOF在锂硫电池中的应用已得到迅速发展,这也为用于锂硫电池的新型MOF材料的开发指明了更好的方向。选择适合大规模工业生产的低成本MOF材料,开发具有高能量密度和良好循环稳定性的商用锂硫电池将是最为重要的研究方向。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1093/nsr/nwab055

 
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