Jong-sung Yu教授的团队开发了一种掺氮多孔碳材料，可以提高锂硫电池的性能，实现快速充电（12分钟）和长期稳定性（1000次循环后容量保持率为82%）。这一突破可能会加速电池的商业化。

由DGIST能源科学与工程系的Jong-sung Yu教授领导的一个研究小组在Kunwoo Lee的领导下开发了一项突破性的技术，大大提高了锂硫电池的充电速度。该团队引入了一种创新的氮掺杂多孔碳材料，以克服阻碍锂硫电池商业化的缓慢充电限制。

锂离子电池虽然对电动汽车等环保技术至关重要，但由于其有限的储能能力和高生产成本，面临着挑战。相比之下，锂硫电池已经成为一种有前途的替代品，它提供更高的能量密度，并受益于硫作为关键材料的可负担性。然而，它们的商业可行性受到快速充电过程中硫利用效率低下的阻碍，导致电池容量降低。

锂硫电池发展面临的挑战

另一个问题是在放电过程中产生的多硫锂化物。这些化合物在电池内部迁移，降低了电池的性能。为了解决这个问题，研究人员一直在开发将硫纳入多孔碳结构的电池。然而，它们还没有达到适合商业化的性能水平。

为了解决这些挑战，Yu教授的团队合成了一种新型的掺杂氮的高石墨、多孔碳材料，并将其应用于锂硫电池的阴极。这项技术即使在快速充电条件下也能成功地保持高能量容量。

先进碳材料的合成

新开发的碳材料采用镁和ZIF-8热还原法合成。

ZIF-8是金属离子与有机配体配合形成的金属-有机骨架（MOF）。它的特点是其高的热稳定性和化学稳定性，以及其独特的多孔结构。

在高温下，镁与ZIF-8中的氮发生反应，使碳结构更加稳定和坚固，同时产生多样化的孔隙结构。这种结构不仅允许更高的硫负荷，而且还改善了硫和电解质之间的接触，显着提高了电池性能。

本研究开发的锂硫电池，采用简单镁辅助热还原法合成的多功能碳材料作为硫主体。即使在12分钟的快速充电条件下，这种电池的容量也达到了705 mAh g⁻¹，是传统电池的1.6倍。此外，碳表面的氮掺杂有效地抑制了锂多硫化物的迁移，即使在1000次充放电循环后，电池仍能保持82%的容量，表现出优异的稳定性。

在研究过程中，由阿贡国家实验室的哈利勒·阿明博士领导的合作小组进行了先进的显微镜分析。这些分析证实，硫化锂（Li₂S）是在新开发的碳材料的层状结构中以特定的方向形成的。这一发现验证了氮掺杂和多孔碳结构增强了硫负载，而碳的石墨性质加速了硫反应，从而提高了充电速度。

Jong-sung Yu教授表示：“此次研究的重点是利用镁的简单合成方法，提高锂硫电池的充电速度。我们希望这项研究能加速锂硫电池的商业化。”

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