原位生长石墨二炔改性ZnCo-ZIF提升锂硫电池性能抑制多硫化物穿梭效应

来自前沿材料领域的研究人员针对锂硫电池中多硫化物穿梭效应的问题，开展了在ZnCo-ZIF表面原位生长石墨二炔（GDY）的复合隔膜研究。结果表明，ZnCo-ZIF@GDY/PP隔膜在0.2C下初始比容量高达1126.1 mA h g?1，且显著提升了倍率性能和循环稳定性，为高性能锂硫电池设计提供了新策略。

　　

锂硫电池（Li–S battery）因其高理论比容量和环境友好特性，被视为下一代高能量密度存储系统的重要候选。然而，多硫化物（polysulfides）的穿梭效应严重阻碍其实际应用。金属有机框架（MOF）虽已被证明可作为能源存储领域的隔膜材料，但本征MOF存在导电性差、离子传输效率低及机械脆性等问题。

作为一种新型碳同素异形体，石墨二炔（graphdiyne, GDY）可在多种基底上原位合成，兼具卓越的电子/离子电导率和机械强度，是理想的支撑或复合材料。本研究通过在ZnCo-ZIF表面均匀、连续地原位生长GDY（命名为ZnCo-ZIF@GDY），并将其作为改性隔膜应用于锂硫电池，以抑制多硫化物穿梭。

GDY中均匀分布的小尺寸三角形孔道结构，结合其增强的导电特性，有效阻碍多硫化物的迁移，显著提升电池的电化学性能。实验结果表明，采用ZnCo-ZIF@GDY/PP（聚丙烯）隔膜的电池在0.2C（1C = 1675 mA g^?1）下展现出1126.1 mA h g^?1的高初始比容量，即使在3C高倍率下仍保持680.3 mA h g^?1，其倍率性能和循环稳定性均明显优于ZnCo-ZIF/PP及纯PP隔膜。

该研究不仅提供了一种简便制备GDY基复合材料的策略，也为推动MOF及其衍生物在能源存储性能优化方面的应用提供了新视角。