據(jù)外媒報道，韓國大邱慶北科學技術院（DGIST）研究團隊開發(fā)出創(chuàng)新技術，可以大幅提高鋰硫電池的充電速度。該團隊使用摻雜氮的多孔碳材料來解決充電速度慢的問題，該問題一直影響現(xiàn)有鋰硫電池的商業(yè)化。

（圖片來源：pubs.acs.org）

對于電動汽車等環(huán)保技術來說，鋰離子電池必不可少。盡管受到低儲能容量和高成本限制，但由于其能量密度高和硫材料成本低，鋰硫電池作為下一代電池備受關注。然而，由于在快速充電過程中硫利用率不足，這會降低電池容量，從而使商業(yè)化面臨挑戰(zhàn)性。另一個問題在于放電過程中產生的多硫化鋰。這些化合物在電池內遷移，從而降低電池性能。為了解決這個問題，研究人員通過將硫加入多孔碳結構來開發(fā)電池，但尚未達到商業(yè)化性能水平。

為了解決這些挑戰(zhàn)，韓國大邱慶北科學技術院（DGIST）Jong-sung Yu教授團隊合成新型摻雜氮的高度石墨化、多孔碳材料，并將其應用于鋰硫電池陰極。即使在快速充電條件下，該技術也能夠成功地保持高能量密度。這項研究發(fā)表在期刊《ACS Nano》上。

新開發(fā)的碳材料通過熱還原方法合成，其中涉及鎂和金屬有機骨架ZIF-8。在高溫條件下，鎂與ZIF-8中的氮發(fā)生反應，從而使碳結構更加堅固穩(wěn)定，同時創(chuàng)建多樣化孔結構。這種結構不僅支持更高的硫負載，而且可以改善硫與電解質之間的接觸，從而明顯提高電池性能。

該研究開發(fā)的鋰硫電池利用多功能碳材料（通過簡單的鎂輔助熱還原法合成）作為硫主體。即使在快速充電條件（僅需12分鐘即可充滿電）下，該電池也可實現(xiàn)705 mAh g?1的高容量，比傳統(tǒng)電池提高1.6倍。此外，在碳表面摻雜氮可以有效抑制多硫化鋰遷移，使電池經過1000次充放電循環(huán)后仍能保持82%的容量，從而表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性。

在研究過程中，該聯(lián)合團隊在阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）Khalil Amine博士的領導下進行了先進的微觀分析。這些分析證明，在新開發(fā)碳材料的層狀結構中，硫化鋰（Li2S）以特定的方向形成。這一發(fā)現(xiàn)證實氮摻雜和多孔碳結構增強了硫負載，同時碳的石墨性質可以加速硫反應，從而提高充電速度。

Yu教授表示：“這項研究重點關注利用涉及鎂的簡單合成方法來提高鋰硫電池的充電速度。我們希望該研究能夠加速鋰硫電池商業(yè)化。”