大邱庆北科学技术院（DGIST）能源科学与工程系Jong-sung Yu教授所带领的研究团队，成功开发出一种新型锂硫电池，大幅提升了电池的充电速度与循环寿命。通过此研究，有望加速锂硫电池的商业化，为电动汽车等领域带来新的发展契机。
锂硫电池以其高能量密度和低成本的优势，被视为下一代电池技术的领跑者。然而，传统锂硫电池在快速充电时，硫的利用率低，导致电池容量下降，且在充放电过程中产生的多硫化锂会迁移，进而影响电池性能。这些问题一直是阻碍锂硫电池商业化的主要瓶颈。
（Source：DGIST，下同）
新型锂硫电池显示出极佳的循环稳定性为了克服上述挑战，团队开发了一种创新的氮掺杂多孔碳材料。这种材料具有高度石墨化特性，并拥有丰富的多孔结构，能够有效地吸附硫，并抑制多硫化锂的迁移。研究团队利用镁和ZIF-8（一种金属有机骨架材料）进行热还原反应，成功合成出这种新型碳材料。
采用这种新型碳材料作为硫宿主材料的锂硫电池，在快速充电条件下（仅需12分钟）仍能保持高达705 mAh g⁻¹的比容量，是传统锂硫电池的1.6倍。此外，电池在经过1,000次充放电循环后，容量仍能保持82%，显示出极佳的循环稳定性。
研究团队与美国阿贡国家实验室合作，利用先进的显微分析技术，深入研究了这种新型电池的反应机制。研究结果表明，硫化锂在碳材料的层状结构中以特定方向形成，这归功于氮掺杂和多孔碳结构的协同作用。氮掺杂不仅增强了硫的吸附能力，而且还加速了硫的反应速率，进而提高了充电速度。
研究已刊载于《ACS Nano》科学月刊。
简单热处理合成的NPC与镁热还原法合成的碳GNHPC的比较。
（首图来源：Pixabay）
