用金属有机骨架材料改进锂硫电池

目前的锂离子电池技术不具备满足可再生能源需求所需的能量密度。理论上，锂硫电池可能是一种具有更高比容量和能量密度的可行替代品。然而，硫的缺点目前限制了其实际应用

发表在《纳米研究》上的一篇综合综述概述了基于金属有机框架的阴极材料如何提高锂硫电池的性能，使其成为锂离子电池的实用替代品

郑州大学研究员陈伟华表示：“高性能锂硫电池的应用仍然受到一些重大问题的阻碍，导致其实际容量和循环稳定性不可接受。”

“首先，硫的不良导电性和放电产物的导电性显著增加了电池的一些内阻，限制了活性材料的利用效率。此外，锂化过程后硫阴极的严重体积膨胀导致电极的结构粉碎。”

有了这些限制，锂硫电池存在安全问题和性能问题，目前阻碍了其广泛应用

由金属有机框架制成的先进硫阴极可能是解决方案。金属有机框架通常由金属离子/簇组成，并具有独特的性质，如高孔隙率、可调节的孔径和可控的孔结构

由于导电性差和结构稳定性不足，原始金属有机框架尚未被用于锂硫电池；然而，最近的研究表明，金属有机框架可以与石墨烯、碳纳米管和一些聚合物等导电材料相结合

“由于其多孔的微观结构、超大的可接近比表面积和可调节的官能团，金属-有机骨架材料作为锂硫电池的潜在阴极主体受到了研究人员的关注，并取得了重大进展。特别是金属-有机框架相关材料可以有效抑制多硫化物在电解质中的溶解和扩散，”陈说

这篇对已发表文章的综述着眼于原始金属有机框架、不同的金属有机框架复合材料和金属有机框架衍生物。这些未经改变的无机金属和有机成分具有晶体结构，并显示出储存活性硫的前景。然而，它们中的大多数不具有有效电池操作所需的导电性

金属有机骨架复合材料增强了金属有机骨架的性能，提高了导电性并增强了结构稳定性。石墨烯、碳纳米管和导电聚合物都是改善原始金属有机框架局限性的可行选择。另一种选择是衍生自金属有机骨架或金属有机骨架衍生物的材料

例如，金属有机框架衍生的碳材料可以促进电子和离子转移，解决硫阴极中发现的体积膨胀问题，但可能会损害金属有机框架的结构。目前正在研究如何改进这些不同的材料，并在锂硫电池中得到最佳利用

展望未来，研究人员正在继续探索基于金属有机框架的材料及其独特特性如何提高锂硫电池的性能

“金属-有机骨架相关材料正在成为锂硫电池的有前途的硫阴极材料。尽管近年来取得了重大进展，但锂硫电池商业化仍存在挑战。实现金属-有机框架相关材料在锂硫电池中的实际应用需要时间和精力，但这篇综述可以为这些材料的未来发展提供有用的指导，”陈说