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。理论上，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应用。
2 月 8 日， 《Nano Research》 发表的一篇综合综述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。
郑州大学研究员陈伟华表示：“高性能锂硫电池的应用仍受到一些重大问题的阻碍，导致实际容量和循环稳定性不可接受。” “首先，硫的导电性差以及放电产物的导电性显着增加了电池的部分内阻，限制了活性材料的利用效率。此外，锂化过程后硫阴极的严重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，目前阻碍了其广泛采用。
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，具有高孔隙率、孔径可调和孔结构可控等独特性能。由于导电性差和结构稳定性不足，原始金属有机骨架尚未应用于锂硫电池;然而，最近的研究表明金属有机框架如何与石墨烯、碳纳米管和一些聚合物等导电材料结合。
“由于金属有机骨架材料具有多孔微结构、超大比表面积和可调节的官能团，作为锂硫电池的潜在正极材料受到了研究人员的关注，并取得了重大进展。特别是金属有机骨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。”
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，并显示出储存活性硫的前景，但它们中的大多数不具备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，提高了导电性并增强了结构稳定性。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。另一种替代方案是衍生自金属有机骨架或金属有机骨架衍生物的材料。例如，金属有机骨架衍生的碳材料可以促进电子和离子转移并解决硫阴极内发现的体积膨胀问题，但可能会损害金属有机骨架的结构。目前正在研究如何改进这些不同的材料并在锂硫电池中充分利用这些材料。
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功能如何提高锂硫电池的性能。“金属有机骨架相关材料正在成为锂硫电池有前景的硫正极材料。尽管近年来取得了重大进展，但锂硫电池的商业化仍然存在需要克服的挑战。金属有机骨架相关材料在锂硫电池中的实际应用需要时间和努力，但这篇综述可以为这些材料的未来发展提供有用的指导。”陈说。
其他贡献者包括郑州大学的Zhengkun Xie、Boyong Cao和Ruixue Wang;河南工业大学的岳希燕和王继佳;京都大学的薛子谦;和弘前大学的关国庆。
国家自然科学基金委、河南省重点研发计划、科技攻关联合基金、河南省发展计划、教育部春晖计划合作研究项目基金等资助该研究。
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