维度网讯，日本东北大学（Tohoku University）及其合作机构的研究团队开发出一种新型分子工程材料，旨在解决锂硫电池中长期存在的多硫化物穿梭效应，推动该技术向商业化迈进一步。
锂硫电池具有高理论能量密度和低成本优势，但运行过程中产生的可溶性多硫化锂会从硫阴极迁移至锂阳极，导致活性材料损失、副反应、自放电和容量快速衰减。这一穿梭效应源于其自身化学反应，过去尝试的物理屏障方法往往损害电池性能。
为解决这一挑战，团队创建了一种名为TUS-44的四硫富瓦烯-冠醚共价有机框架（COF），并将其与导电石墨烯结合，形成TUS-44@G功能层。该框架包含亚胺氮、冠醚氧和富硫四硫富瓦烯位点，为多硫化锂提供层次化相互作用位点，石墨烯组分则提供高效电子传输路径。团队的目标是设计一种不仅能阻挡多硫化物，还能主动管理其反应路径的中间层。
在电池测试中，配备TUS-44@G层的电池展示了高可逆容量，在0.2 A g⁻¹电流密度下达到1455.7 mAh g⁻¹，在10 A g⁻¹下保持773 mAh g⁻¹的倍率性能，并在5 A g⁻¹下循环1000次后，每周期容量衰减仅为0.034%。采用同种中间层的锂硫软包电池，在0.05 A g⁻¹下实现了约674 Wh kg⁻¹的初始能量密度。
研究人员表示，COF材料能够以分子级精度构建，其周期性排列的孔可编程控制尺寸、化学环境和电子特性，从而同时捕获、传导和催化硫物种。东北大学多元物质科学研究所（Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials）副教授Saikat Das解释，团队目标是设计一种主动管理多硫化物反应路径的中间层。东北大学教授Yuichi Negishi则指出，这项研究展示了网状化学（reticular chemistry）在分子水平上编程电池界面的潜力，TUS-44@G设计通过统一多硫化物的固定和催化硫转化，为轻量、耐用、高倍率的锂硫电池提供了途径。
