激光网2月28日消息，目前的锂离子电池技术不具备满足可再生能源需求所需的能量密度。从理论上讲，锂硫电池可能是一种可行的替代品，具有更高的比容量和能量密度。然而，硫的缺点目前限制了其实际采用。
发表在Nano Research上的一篇综合评论概述了基于金属有机框架的正极材料如何提高锂硫电池的性能，使其成为锂离子电池的实用替代品。
“高性能锂硫电池的应用仍然受到一些重大问题的阻碍，导致不可接受的实际容量和循环稳定性，”郑州大学研究员陈卫华说。
“首先，硫的导电性差和放电产物的导电性大大增加了电池的一些内阻，限制了活性材料的利用效率。此外，硫阴极在锂化过程后剧烈的体积膨胀会导致电极的结构粉碎。
由于这些限制，锂硫电池存在安全问题和性能问题，目前阻碍了它们的广泛采用。
由金属有机框架制成的先进硫阴极可能是解决方案。金属有机骨架通常由金属离子/团簇组成，具有独特的特性，如高孔隙率、可调节的孔径和可控的孔隙结构。
由于导电性差，结构稳定性不足，原始金属有机骨架尚未被采用到锂硫电池中;然而，最近的研究表明，金属有机框架可以与导电材料结合。
“由于多孔微观结构、超大可及比表面积和可调功能组，金属有机骨架基材料作为锂硫电池的潜在正极主体而受到研究者的关注，并取得了重大进展。特别是，金属有机框架相关材料可以有效抑制多硫化物在电解质中的溶解和扩散，“Chen说。
这篇对已发表文章的综述着眼于原始金属-有机框架、不同的金属-有机框架复合材料和金属-有机框架衍生物。这些未改变的无机金属和有机成分具有晶体结构，在储存活性硫方面显示出前景。然而，它们中的大多数不具有有效电池运行所需的导电性。
金属-有机骨架复合材料增强了金属-有机骨架的性能，提高了导电性，增强了结构稳定性。石墨烯、碳纳米管和导电聚合物都是改善原始金属有机框架局限性的可行选择。另一种选择是从金属-有机框架或金属-有机框架衍生物中衍生的材料。
例如，金属有机框架衍生的碳材料可以促进电子和离子转移，解决硫阴极内部的体积膨胀问题，但可能会损害金属有机框架的结构。目前正在研究如何改进这些不同的材料并在锂硫电池中最好地利用这些不同的材料。
展望未来，研究人员正在继续探索基于金属有机框架的材料及其独特特性如何提高锂硫电池的性能。
“金属有机框架相关材料正在成为锂硫电池的有前途的硫正极材料。尽管近年来取得了重大进展，但锂硫电池的商业化仍存在需要克服的挑战。实现金属有机框架相关材料在锂硫电池中的实际应用需要时间和精力，但本文可以为这些材料的未来发展提供有益的指导。
