国立产业技术综合研究所【会长：中钵良二】（以下简称“AIST”）能源效率研究部【研究主任：宗像哲夫】周浩信首席研究员（兼）南京大学教授（兼）国立大学法人筑波大学附属研究生院教授【院长：永田恭介】研究生院系统信息研究科结构与能源工程系工程博士，与 Matsunobu Kashiwa 等人合作金属有机框架用于电池隔膜，具有稳定的充放电循环特性锂硫电池
锂硫电池采用硫作为锂离子电池的正极，具有较高的正极容量（理论值为1675mAh/g），因此有望成为下一代蓄电池。然而，它是放电反应的中间产物多硫化锂很容易洗脱到电解液中。随着充放电循环的进行，溶出的多硫化物离子在正极和负极之间引起氧化还原反应，并且这种重复导致锂硫电池的容量劣化的问题。
金属有机结构传统上被广泛用于吸附和分离气体分子，其功能也被称为“分子筛”。这次，我们使用金属有机结构作为锂硫电池的隔膜，认为这种“分子筛”也可以起到“离子筛”的作用，可以分离离子物种。这种隔膜可以防止洗脱的多硫化物离子迁移到负极，从而使新型锂硫电池能够长时间实现稳定的充放电循环。电流密度1C进行1,500次循环测试后，它仍保持900 mAh/g的高充电容量。该结果详情将于6月27日（英国时间）在英国学术期刊上发表自然能源
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| 复合金属有机骨架膜作为离子筛隔膜的锂硫电池 |
近年来，由于环境和能源问题，电动汽车变得越来越流行。目前，电动汽车锂离子电池虽然已安装，但需要开发高性能蓄电池才能实现更长距离的行驶。锂硫电池是一种二次电池，是锂离子电池的高级版本，理论上的电量是锂离子电池的两倍以上。重力能量密度的电池，研发正在进行中。然而，存在放电过程中多硫化锂从正极溶出的问题，这对电池寿命产生不利影响。
迄今为止，AIST已证明，以下一代“锂离子电池”商业化为目标，通过将电极材料纳米化，可以实现高输出（2008 年 8 月 27 日 AIST 新闻稿）。预计还将显着提高电动汽车的能量密度锂空气电池（2009 年 2 月 24 日 AIST 新闻稿、2012 年 11 月 5 日 AIST 主要研究成果)进行了研发。目前，我们正在研究锂空气电池作为下一代蓄电池。钠离子电池，锂硫电池也在开发中。
锂硫电池利用负极中的金属锂和正极中的硫之间的电化学反应。随着放电的进行，正极的硫与负极的锂发生反应，生成多硫化锂作为放电中间产物（初始组成S8→李2S8→李2S6→李2S4→李2S2→李2S)。然而，李2S8，李2S6，李2S4溶解度高，在有机电解质中易溶解解离形成多硫离子（Sn2-:48）となり負極側に拡散する。多硫化物イオンは負極で金属リチウムにより酸化され、その一部は負極を被覆し、一部は正極に戻って、さらなる正極の酸化反応に関与する。このような正負極の間で繰り返し生じる多硫化物イオンの酸化還元反応（シャトル効果）は、リチウム硫黄電池の充放電の容量減少、エネルギー変換効率の低下とサイクル特性の劣化などの大きな要因となっている。この問題の解決法として、多硫化物の溶出を抑制する手法が以前から注目されていたが、多硫化物の溶出を完全に防ぐことは困難であった。 p="">
这次，我们决定采用金属有机结构（传统上用于吸附和分离气体分子的“分子筛”）来限制多硫化物向负极侧的迁移，而不是阻止多硫化物的洗脱。
金属有机框架具有“分子筛”的作用，因为它们具有尺寸从亚纳米到几纳米的恒定尺寸的三维微孔。选择具有足够大的微孔的金属有机结构作为隔膜的材料，该微孔足以允许锂离子通过，但不允许多硫离子通过。此外，由于金属有机框架是晶体，因此具有容易破碎的缺点，但在本研究中，我们合成了一种复合金属有机框架薄膜，该薄膜与氧化石墨烯层混合以赋予其柔韧性。当将该材料用作锂硫电池中的隔膜时，可以抑制有问题的穿梭效应，防止充电/放电容量的降低和循环特性的劣化，并确保长期稳定的充电/放电循环特性。
图1显示了采用新开发的复合金属有机结构薄膜作为隔膜的锂硫电池，在室温下以1C（=1,673 mA/g）的电流密度反复充放电1,500次时的放电容量和放电容量库仑效率除了初始活化约100次之外，从100次到1,500次放电容量几乎没有劣化，并且第1,500次的放电容量仍保持900mAh/g，显示出良好的循环特性。
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| 图1 锂硫电池在1C电流密度下测得的放电容量和库仑效率 |
未来，我们的目标是利用复合金属有机结构膜作为隔膜，开发出性能优异、实用的锂硫电池。