Carbon:新型锂硫电池正极材料——Co,N共参杂石墨烯@碳纳米管多孔杂化物
由于具有理论比容量高（2600Wh/kg）、价格低廉、环境友好等优势，锂-硫（Li-S）电池吸引了越来越多人的兴趣。尽管锂硫电池在理论上具有诸多优点，但是其大规模的商业应用仍有许多阻碍：（1）硫的绝缘性不利于电池的高倍率性能（2）锂多硫化合物溶于电解液，导致反应物的不可控沉淀和不可逆的容量损失（3）硫在充放电过程中的体积变化大（大约80%），有可能导致电池损坏。对于多功能锂硫电池的开发，设计及合成具有导电、多孔即兴的多功能硫基正极材料非常重要且具有挑战性。
近日，国立台湾海洋大学的Wang, Jung-Hua等人通过(Co,Zn)-双金属沸石咪唑酯骨架的还原热解，制备了致密集成的Co,N共参杂石墨烯@碳纳米管多孔杂化物(Co,N-G@CNT)作为锂硫电池的硫基复合正极材料， 获得的Co,N-G@CNT具有三维互连导电网络、大纳米孔体积和高可接触表面积以及富集的掺杂位点，赋予碳基在硫调节、电子/离子转移以及聚硫化物固定等方面的多方面能力。相关研究以“Densely integrated Co, N-CodopedGraphene@Carbon nanotube porous hybrids for high-performance lithium-sulfurbatteries”为题发表在《Carbon》上。
图1 通过在GO片上原位生长CoZn-ZIF，然后进行还原热解和酸洗处理合成Co,N-G@CNT
Co,N-G@CNT/S复合材料具有较高的硫利用率（容量为0.2C时比容量为1398 mA hg-1），优异的倍率性能（6 C 时比容量为611 mA-1）以及显著的循环稳定性（容量为1C时经过1500次循环后比容量保持659mA hg-1）。
该研究为锂硫电池的功能导向结构设计提供了一个新视角，也为金属空气电池、超级电容器、电化学催化剂等储能/转换系统的应用提供了广阔的前景。
DOI：10.1016/j.carbon.2019.04.108