IF 20.2！铜镍MOF包覆的电纺聚丙烯腈膜用于锂硫电池：抑制穿梭效应和增强稳定性

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研究合成了铜镍MOF纳米粒子作为锂硫电池隔膜的涂层材料，并考察了使用Cu-Ni MOF/PAN（CNMP）电纺膜的电池性能。改性膜利用Cu-Ni MOF纳米粒子的协同催化和吸附能力，有效抑制了穿梭效应。改性膜表现出相对较高的孔隙率和优异的电解质吸收能力。CNMP膜电池展现出显著的首次放电比容量1529 mA h g⁻¹。在0.5 C下经过200次循环后，电池保持了优异的放电容量，容量保持率为85.2%，容量衰减率仅为每周期0.074%。即使在2 C下经过2000次循环后，改性膜电池的容量保持率仍维持在74.6%。改性膜电池的优异性能归因于Cu-Ni MOF纳米粒子对多硫化锂的物理截留和强烈的化学吸附，显著防止了穿梭效应，并基于强催化转化促进了快速的氧化还原动力学。

创新点：

1. 首次开发了Cu-Ni双金属MOF修饰的电纺隔膜，实现了物理阻隔和化学吸附的协同效应

2. 通过精确控制MOF的组成和结构，显著提高了隔膜的功能性能

3. 建立了一种新型的多硫化物抑制策略，有效解决了锂硫电池的关键问题

4. 实现了超长循环寿命和高容量保持率的突破性进展

科研启发：

1. 材料设计应充分考虑多重功能的协同作用，如本研究中的物理截留和化学催化

2. 纳米材料的表面修饰可以显著改变其性能，为材料优化提供新思路

3. 循环性能的系统评价对于电池材料的开发至关重要

4. 多尺度表征对于理解材料性能具有重要意义

思路延伸：

1. 探索其他类型的双金属MOF在锂硫电池中的应用潜力

2. 研究MOF纳米粒子的尺寸和分布对电池性能的影响

3. 开发新型电纺工艺，进一步优化膜的结构和性能

4. 深入研究MOF的催化机理，为材料设计提供理论指导

5. 探索MOF改性隔膜在其他电池体系中的应用

6. 研究不同电解质体系对改性膜性能的影响

7. 开发新型表征方法，实时监测多硫化物的转化过程

8. 探索规模化生产工艺，推进实际应用

9. 建立计算模拟平台，预测和优化材料性能

10. 研究温度、湿度等环境因素对电池性能的影响

Copper-nickel MOF-coated electrospun polyacrylonitrile membranes for Li–S batteries: Mitigating the shuttle effect and enhancing stability

Appl. Catal. B Environ. Energy (IF 20.2)

Pub Date  : 2024-10-31

DOI : 10.1016/j.apcatb.2024.124772

Xiaolong Leng, Yumei Li, Gang Xu, Wei Xiong, Shenghao Xiao, Keke Wei, Jielin Chen, Mingdai Yang, Shuang Li, Yini Chen, Nunna Guru Prakash, Jie Zeng, Changping Li, Rosaiah Pitcheri, Tong Guo, Tae Jo Ko

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