锂硫(Li−S)电池有望用于下一代高能量密度系统。然而,多硫化物缓慢的硫转化和穿梭严重限制了其商业应用。
图1. BPTA-CE-COF的合成及表征郑州大学付永柱、唐帅、中原工学院翟黎鹏等在碳纳米管(CNTs)表面原位合成了冠醚官能化的COF(BPTA-CE-COF),称为 CE-COF@CNT ,用于改性电池隔膜,以实现高性能锂硫电池。
研究显示,CE-COF@CNT具有高导电性和由冠醚官能团形成的丰富超分子通道,可以通过冠醚-Li+相互作用催化加速多硫化物的扩散/转化和Li2S的沉积/分解。密度泛函理论(DFT)计算、X射线光电子能谱和非原位傅立叶变换红外分析进一步验证了这一点。
图2. 锂硫电池性能因此,改性隔膜使Li−S电池在0.1C下具有1618.1 mAh g−1的高初始放电容量、优异的倍率性能和良好的循环稳定性,在1C下的1000次循环中,每循环的容量衰减低至0.040%。此外,即使在高硫质量负载(8.04 mg cm−2)和贫电解液(4.0 μL mg−1)的情况下,靶向Li−S电池在100次循环后仍能提供92.9%的高容量保持率。总体而言,这项工作为使用COF材料开发高性能锂硫电池提供了新的策略。
图3. Li2S的沉积实验及理论计算
Supramolecular Channels via Crown Ether Functionalized Covalent Organic Frameworks for Boosting Polysulfides Conversion in Li−S Batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103143
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