▲第一作者： 王子奇博士； 黄伟源博士生 ；通讯作者： 潘锋教授； 费宾副教授 论文DOI：10.1002/smtd.202000082基于阴离子框架MOFs制备了自支撑薄膜用于锂硫电池隔膜。MOFs内部的阴离子孔道有助于引导锂的均匀沉积，并对多硫聚物产生静电排斥减少“穿梭效应”。锂硫电池因为具有极高的理论比能量密度（2600 Wh kg-1），被认为是储能系统中最有前途的候选之一。但是，锂硫电池中锂金属负极以及硫正极的一些问题限制了其实际应用。具体来说，由于锂的不均匀沉积，在电池充放电过程中锂负极易形成枝晶、并最终造成部分负极材料失活。这个过程不仅显着增加了电解液消耗，降低了库伦效率和锂负极的可逆性，还可能刺穿隔膜，导致电池短路和热失控。另外，硫正极循环过程中的中间产物多硫聚物在电解液中溶解度较高，充放电过程中会穿梭于正负极之间，造成严重的电池容量衰减和自放电，并且会在锂负极表面沉积影响负极性能。近年来，研究者为解决这些问题做出了许多努力。电池中的隔膜在分隔正、负极的同时还可起到调控离子传输的作用。设计新型锂硫电池隔膜有望同时抑制多硫聚物穿梭和引导锂的均匀沉积。据此，北京大学深圳研究生院潘锋教授课题组与香港理工大学费宾副教授课题组合作，采用阴离子框架MOFs和PVDF制备了一种混合基质膜（Mixed Matrix Membrane）并用于锂硫电池隔膜。得益于MOFs内部的阴离子孔道对锂离子传输的引导作用，锂负极实现了均匀沉积并避免了枝晶生成；另外，由于MOFs合适的孔道尺寸以及对多硫聚物的静电排斥作用，多硫聚物的穿梭也得到了有效的抑制。所组装的锂硫电池与基于商用隔膜的锂硫电池相比循环稳定性和倍率性能有了明显的提升。这种基于MOFs锂硫电池隔膜为提高锂硫电池的循环稳定性和安全性提供了有效的途径。▲图1. 基于MOFs锂硫电池隔膜的形貌、结构表征及热稳定性、电解液亲和性等研究。
在本研究里，作者利用MOFs隔膜内部合适大小的阴离子孔道同时实现了引导锂离子均匀沉积和阻隔多硫聚物穿梭，有效地提升了锂硫电池性能。相关研究发表于《Small Methods》期刊上(10.1002/smtd.202000082)，北京大学深圳研究生院潘锋教授和香港理工大学费宾副教授为共同通讯作者，由香港理工大学王子奇博士和北京大学深圳研究生院博士生黄伟源共同第一作者完成。潘锋教授课题组简介：潘锋教授（博导）是北京大学深圳研究生院新材料学院创院院长，所领导的研究团队聚焦于清洁能源及关键材料的研发，包括新型太阳能电池、热电发电、光电催化、储能和动力电池及关键材料的跨学科的基础研究和应用。课题组欢迎研究生报考以及相关研究背景的青年科学工作者加入。课题组主页：http://www.pkusam.cn。费宾副教授课题组简介：费宾副教授（博导）目前任职于香港理工大学纺织及服装学系，课题组聚焦于柔性储能材料及光电催化、先进纤维纺制与织物构造、生物高分子及仿生纳米工程等领域。课题组欢迎对相关领域感兴趣的博士研究生和博士后加入。
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