人們對便攜式電子設(shè)備、電動汽車和大型智能電網(wǎng)等需求的不斷增長推動了能量存儲技術(shù)的快速發(fā)展。由于硫具有高的理論比容量、豐富的自然儲備、低成本和環(huán)境友好等特點，鋰硫電池被認為是一類有前景的下一代能量存儲系統(tǒng)。但是硫的導(dǎo)電性差、多硫化物的穿梭效應(yīng)以及充放電循環(huán)中的體積膨脹等問題，仍然制約著鋰硫電池的商業(yè)化進程。中空摻雜碳材料由于具有大的空腔能夠緩解體積膨脹，并且雜原子摻雜可以增加多硫化物的束縛能力，實現(xiàn)鋰硫電池的高比容量和長循環(huán)壽命。但是中空碳材料大多都是孤立的，這增加了材料的界面電阻，并且堆積的松散性也降低了電池的體積能量密度。發(fā)展相互連接的中空結(jié)構(gòu)雜原子摻雜的碳材料作為硫主體材料對于提高鋰硫電池的性能具有重要意義。
在國家自然科學基金（21471151，21673241）和中國科學院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（XDB20030200）的資助下，中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學國家重點實驗室王瑞虎課題組利用離子聚合物包覆的ZIF-8核殼結(jié)構(gòu)（ZIF-）作為前驅(qū)體，采用陰離子交換策略引入雙氰銨根離子（DCA），經(jīng)高溫碳化誘導(dǎo)核殼結(jié)構(gòu)分解并相互交聯(lián)，成功制備出一類相互連接的中空氮摻雜多孔碳材料（HNPC）。這種結(jié)構(gòu)能夠減小材料的界面電阻，增強對多硫化物的吸附能力，提高活性物質(zhì)的利用率，使得電池在8@ImIP2 C的倍率下穩(wěn)定循環(huán)800圈以后，仍能達到562 mA h g-1的比容量，電化學性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)雜原子摻雜的碳材料。上述研究工作發(fā)表在《先進功能材料》（Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1902322. DOI: 10.1002/adfm.201902322），文章的第一作者是李忠林。
福建物構(gòu)所高能量密度鋰硫電池研究取得進展
