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劉志亮AM：功能化MOF作為單離子導(dǎo)電電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)高性能固態(tài)電池

金屬有機(jī)框架（MOFs），作為一種有前景的可充電化學(xué)儲(chǔ)能材料，已經(jīng)在固態(tài)鋰電池領(lǐng)域出現(xiàn)。然而，低離子傳導(dǎo)性和高界面阻抗仍然嚴(yán)重阻礙了基于MOFs的固態(tài)電解質(zhì)（SSE）的應(yīng)用。

圖1. 材料制備及電池組裝示意

內(nèi)蒙古大學(xué)劉志亮等通過(guò)原位生長(zhǎng)氫氧化鋅納米片，獲得了一種新型分級(jí)多孔的H-ZIF-8固態(tài)電解質(zhì)（SSE）材料，其表現(xiàn)出1.04×10^-3 S cm^-1的優(yōu)異離子傳導(dǎo)性和0.71的Li⁺遷移數(shù)。此外，H-ZIF-8的形態(tài)和結(jié)構(gòu)得到了進(jìn)一步的優(yōu)化，通過(guò)裝飾鹵化物納米管（HNT）獲得了H-ZIF-8/HNT復(fù)合材料。

值得注意的是，功能化的H-ZIF-8/HNT作為電解質(zhì)在電化學(xué)性能上有顯著的提高：更高的離子電導(dǎo)率為7.74×10^-3 S cm^-1，更好的單離子透過(guò)率（t_Li+ = 0.84），良好的界面兼容性以及優(yōu)異的速率性能。

圖2. 枝晶抑制能力研究

此外，H-ZIF-8/HNT電解質(zhì)還獲得了更寬的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口（1.15-5.44V）。結(jié)果，配備H-ZIF-8/HNT SSE的Li/LiFePO₄電池?fù)碛懈咝У匿囍б种颇芰?，?00次電化學(xué)充/放電循環(huán)后容量保持率高達(dá)84%（104.16 mAh g^-1）。H-ZIF-8/HNT電解液顯著的電化學(xué)性能可能得益于HNT特征結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的單離子傳導(dǎo)機(jī)制和H-ZIF-8中更多的Li⁺傳輸通道的協(xié)同效應(yīng)。

總體而言，這項(xiàng)工作豐富了固態(tài)鋰離子復(fù)合電解質(zhì)材料，為提高電化學(xué)性能開(kāi)辟了一條全新的途徑。

圖3. Li/LiFePO₄電池的性能

A Composite of Hierarchical Porous MOFs and Halloysite Nanotube as Single-ion Conducting Electrolyte Toward High Performance Solid-State Lithium Ionic Battery. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202300687

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