Южнокорейские исследователи представили стратегию создания катодных материалов для литий-серных аккумуляторов, которая может приблизить появление более ёмких и долговечных батарей для электромобилей, систем хранения энергии и носимой электроники. Команда разработала dual-level engineering-концепцию: она сочетает макро- и микроуровневое проектирование металлоорганических каркасных структур (MOF) для получения иерархических пористых углеродных нановолокон с одиночными атомами кобальта в низкокоординированной конфигурации Co–N3.
Литий-серные аккумуляторы теоретически значительно превосходят традиционные литий-ионные по удельной ёмкости и энергетической плотности, но их практическое применение тормозят несколько ключевых проблем. Основные среди них — «шаттл-эффект» растворимых литиевых полисульфидов, приводящий к потере активного вещества, медленные окислительно-восстановительные реакции и быстрое снижение ёмкости при циклировании. Как отмечает Сын-Кын Пак (Seung-Keun Park) из департамента инженерии перспективных материалов, группа долгое время работала над тем, чтобы совместить архитектурную оптимизацию углеродных матриц с точечным управлением каталитическими центрами на атомном уровне.
Учёные указывают, что одиночные атомы металла, стабилизированные в углеродной матрице в формате металл–N-координационных узлов, представляют собой многообещающий подход для литий-серных систем. Такие центры способны ускорять реакцию и подавлять растворение полисульфидов. Однако для раскрытия их потенциала требуются одновременная оптимизация структуры углеродного носителя и точная настройка окружения каталитических центров.
