jong-sung yu教授的團隊開發了一種摻氮多孔碳材料，可以提高鋰硫電池的性能，實現快速充電（12分鐘）和長期穩定性（1000次循環後容量保持率為82%）。這一突破可能會加速電池的商業化。
由dgist能源科學與工程系的jong-sung yu教授領導的一個研究小組在kunwoo lee的領導下開發了一項突破性的技術，大大提高了鋰硫電池的充電速度。該團隊引入了一種創新的氮摻雜多孔碳材料，以克服阻礙鋰硫電池商業化的緩慢充電限制。
鋰離子電池雖然對電動汽車等環保技術至關重要，但由於其有限的儲能能力和高生產成本，面臨著挑戰。相比之下，鋰硫電池已經成為一種有前途的替代品，它提供更高的能量密度，並受益於硫作為關鍵材料的可負擔性。然而，它們的商業可行性受到快速充電過程中硫利用效率低下的阻礙，導致電池容量降低。
鋰硫電池發展面臨的挑戰
另一個問題是在放電過程中產生的多硫鋰化物。這些化合物在電池內部遷移，降低了電池的性能。為了解決這個問題，研究人員一直在開發將硫納入多孔碳結構的電池。然而，它們還沒有達到適合商業化的性能水平。
為了解決這些挑戰，yu教授的團隊合成了一種新型的摻雜氮的高石墨、多孔碳材料，並將其應用於鋰硫電池的陰極。這項技術即使在快速充電條件下也能成功地保持高能量容量。
先進碳材料的合成
新開發的碳材料採用鎂和zif-8熱還原法合成。
zif-8是金屬離子與有機配體配合形成的金屬-有機骨架（mof）。它的特點是其高的熱穩定性和化學穩定性，以及其獨特的多孔結構。
在高溫下，鎂與zif-8中的氮發生反應，使碳結構更加穩定和堅固，同時產生多樣化的孔隙結構。這種結構不僅允許更高的硫負荷，而且還改善了硫和電解質之間的接觸，顯著提高了電池性能。
本研究開發的鋰硫電池，採用簡單鎂輔助熱還原法合成的多功能碳材料作為硫主體。即使在12分鐘的快速充電條件下，這種電池的容量也達到了705 mah g⁻¹，是傳統電池的1.6倍。此外，碳表面的氮摻雜有效地抑制了鋰多硫化物的遷移，即使在1000次充放電循環後，電池仍能保持82%的容量，表現出優異的穩定性。
在研究過程中，由阿貢國家實驗室的哈利勒·阿明博士領導的合作小組進行了先進的顯微鏡分析。這些分析證實，硫化鋰（li₂s）是在新開發的碳材料的層狀結構中以特定的方向形成的。這一發現驗證了氮摻雜和多孔碳結構增強了硫負載，而碳的石墨性質加速了硫反應，從而提高了充電速度。
jong-sung yu教授表示：「此次研究的重點是利用鎂的簡單合成方法，提高鋰硫電池的充電速度。我們希望這項研究能加速鋰硫電池的商業化。」
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