近日，我校碳中和研究院以“浙江万里学院”为第一完成单位在材料领域国际顶级期刊Advanced Energy Materials（最新影响因子为24.4）与Small（最新影响因子为13.0）连续刊发研究论文：“Activation of MOF Catalysts with Low Steric Hindrance via Undercoordination Chemistry for Efficient Polysulfide Conversion in Lithium-sulfur Battery（欠配位化学构筑低空间位阻MOF催化剂实现锂硫电池中多硫化物高效转化）”，论文通讯作者为加拿大两院院士、碳中和研究院名誉院长、中国科学院大连化物所能源催化转换全国重点实验室主任陈忠伟教授与碳中和研究院执行院长王新研究员，第一作者为碳中和研究院青年教师王加义博士。
“Molybdenum-Doped Cobalt-Free Cathode Realizing the Electrochemical Stability by Enhanced Covalent Bonding（钼掺杂诱导共价强化提升无钴高镍层状正极材料循环稳定性）”，论文通讯作者陈忠伟、王新和中科院物理研究所研究员苏东，第一作者为王加义。据悉，这是我校首次以第一完成单位在Advanced Energy Materials与Small期刊发表研究成果。
随着能源需求的不断增长和环境问题的日益严峻，发展高效、低成本的电池技术已成为全球科技进步和可持续发展的重要目标。在此背景下，锂硫电池和无钴高镍层状正极材料因其独特的优势，成为未来电池技术的重要发展方向。锂硫电池因其能量密度高、材料成本低廉而备受瞩目。硫作为正极材料，其理论能量密度可达到2600 Wh/kg，远高于传统的锂离子电池。
此外，硫资源丰富且价格低廉，有助于降低电池的整体成本。因此，开发环境友好且具有高能量密度的锂硫电池是实现新能源可持续发展，助力碳中和的重要途径。
碳中和研究院研究团队针对现有锂硫（Li-S）电池多硫化物穿梭效应明显和反应动力学缓慢的关键问题，采用欠配位化学修饰策略开发高性能硫催化剂。通过针对性移除Zn-Co双金属MOF（D-ZIF L）金属活性中心的有机配体，减小空间位阻，促进硫物种与金属活性中心充分接触，提升MOF催化活性。此外，欠配位设计诱导金属活性中心周围电子重新分布，提升其本征电导率。受益于上述优势，基于D-ZIF L催化剂制备的Li-S电池中穿梭效应被显著抑制，同时加速了硫物种的转换动力学。组装得到的实用化软包电池在85.8 mA电流下表现出1.8 Ah的高初始容量，并在50次循环中保持稳定。
现有商业化锂离子电池体系中，钴是正极材料的重要组成部分。但是，钴是一种稀缺且昂贵的资源，其开采过程对环境和人类健康有较大影响。因此，开发具有高能量密度的无钴高镍层状正极材料是下一代锂离子电池发展的重要方向。碳中和研究院团队针对现有无钴高镍层状正极材料放电比容量低、循环稳定性差的关键问题，在LiNi0.8Mn0.2O2中引入异元素掺杂来增强其结构稳定性和电化学性能。
研究首次探究了钼前驱体氧化态对最终正极结构与性能的影响，确定了掺杂钼的价态对正极性能的关键作用。高价态钼的加入能够诱导正极表面阳离子混排层生长，从而增强结构稳定性和锂离子传输动力学。而低价态钼则会导致表面阳离子混排层过度生长，削弱了掺杂策略的有益效果。使用高价态钼化合物掺杂得到的MoH+-NM82在0.5C下循环200次后表现出90%的高容量保持率，并且具有良好的倍率性能。DFT结果表明其结构稳定性的改善归因于钼的离域4d电子与氧形成更强的共价键，这种共价强化作用阻止了长循环中正极表面结构退化。
【文章链接】
1.Activation of MOF Catalysts with Low Steric Hindrance via Undercoordination Chemistry for Efficient Polysulfide Conversion in Lithium-sulfur Battery
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202402072
2.Molybdenum-Doped Cobalt-Free Cathode Realizing the Electrochemical Stability by Enhanced Covalent Bonding
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202403828