日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所(簡稱產(chǎn)綜研)2016年6月28日宣布，與筑波大學(xué)共同開發(fā)出了一種鋰硫電池，通過采用金屬有機(jī)骨架作為電池隔膜，實(shí)現(xiàn)了長期穩(wěn)定的充放電循環(huán)特性。據(jù)介紹，在1C的電流密度(恒流放電1小時后結(jié)束放電時的電流值)下進(jìn)行1500次循環(huán)測試之后，這種鋰硫電池仍可保持高達(dá)900mAh/g的充電容量。

采用硫作為鋰電池正極的鋰硫電池具有正極容量高(理論值為1675mAh/g)的特點(diǎn)，作為新一代蓄電池備受期待。但這種電池存在的問題是，放電反應(yīng)的中間產(chǎn)物——多硫化鋰容易溶解于電解液，因此，隨著充放電循環(huán)的進(jìn)行，溶解的多硫化物離子會在正極和負(fù)極之間引發(fā)氧化還原反應(yīng)(穿梭效應(yīng))，反復(fù)發(fā)生這種反應(yīng)會導(dǎo)致電池容量劣化。

此次，研究人員并沒有采取措施防止多硫化物的溶解，而是采用以前經(jīng)常用于氣體分子的吸附與分離的“分子篩”——金屬有機(jī)骨架來限制多硫化物向負(fù)極移動。金屬有機(jī)骨架具有亞納米到幾納米、尺寸固定的三維微孔。

隔膜材料選用了微孔尺寸不能讓多硫化離子通過卻可以讓鋰離子通過的金屬有機(jī)骨架。并通過將其混入氧化石墨烯層，合成了具有柔軟性的復(fù)合金屬有機(jī)骨架膜。因?yàn)槭蔷w，因此金屬有機(jī)骨架具有容易破碎的缺點(diǎn)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，將復(fù)合金屬有機(jī)骨架膜用作鋰硫黃電池隔膜時，可以抑制被視為問題的穿梭效應(yīng)，從而能夠防止充放電容量減少和循環(huán)特性降低。在室溫下反復(fù)進(jìn)行1500次充放電之后，從放電容量和庫侖效率來看，除了為執(zhí)行初始活化而實(shí)施的約100次充放電之外，100～1500次的放電容量幾乎沒有劣化，顯示出了良好的循環(huán)特性。

產(chǎn)綜研今后的目標(biāo)是，以實(shí)用化為目標(biāo)，開發(fā)性能出色的鋰硫電池。此次的研究成果已于16年6月27日(英國時間)刊登在英國學(xué)術(shù)期刊《自然-能源》(NatureEnergy)的網(wǎng)絡(luò)版。