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共价有机框架材料构筑的高性能锂硫电池正极

摘要

新型储能器件的开发对于逐步取代传统化石燃料,降低污染物排放等方面有着重要意义.在新一代储能器件中,锂硫电池以其极高的理论容量(1672mAh g-1)与比能量密度(2600Wh kg-1)引起了研究人员的广泛关注.本文提出了将卟啉类的共价有机框架材料(POF)引入锂硫电池正极体系,抑制飞梭效应的方法。首先,以还原的氧化石墨烯(rGO)为模板,将 POF 生长在 rGO 上,制备出 POF-rGO 复合纳米材料。它具备良好的导电性、框架性与化学极性,是提升正极性能的理想材料。再将硫与 POF-r GO 进行复合,制备出 S-POF-rGO 复合型正极材料。将该复合正极应用于锂硫电池体系中,POF 既可以吸附电池充放电过程中产生的多硫化物,抑制飞梭效应;又可催化转化多硫化物继续充放电,提升活性物质利用率。从电池测试结果来看,在 0.5C 的放电倍率下,电池首圈循环容量达到 1178 m Ah g-1,经过 100 圈充放电循环后,电池容量依旧保持在 1023 m Ah g-1,且库伦效率基本维持在 100%。相比于传统的锂硫电池正极材料,S-POF-rGO 复合型正极有效提升电池容量与电化学稳定性。本工作提供了一种新的锂硫电池正极构筑策略,为下一代安全、高效锂硫电池的发展提供了新思路。

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