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阿德萊德/復(fù)旦/上理工Nat. Commun.：氟化COF實現(xiàn)高倍率和耐用的水系鋅離子電池

可充水系鋅離子電池（RZIBs）由于其低成本、無毒和本質(zhì)安全性，為現(xiàn)有鋰離子電池提供了有希望的補充。然而，鋅負(fù)極存在鋅枝晶生長和電解液腐蝕等問題，可逆性較差。

澳大利亞阿德萊德大學(xué)郭再萍、復(fù)旦大學(xué)盧紅斌、郭佳、上海理工大學(xué)彭成信等開發(fā)了一種超薄的氟化二維多孔共價有機框架(FCOF)膜作為Zn表面的保護層。

圖1 FCOF結(jié)構(gòu)設(shè)計及穩(wěn)定機理闡明

FCOF薄膜優(yōu)勢在于：

i)FCOF中的F與Zn之間的強相互作用降低了Zn (002)晶面的表面能，從而在電沉積過程中實現(xiàn)了沿(002)晶面的優(yōu)先平面生長；

ii) FCOF薄膜連續(xù)致密，與Zn有很強的附著力，完整地保持在Zn表面，從而提供持久的保護；

iii) 二維堆疊和共價鍵使薄膜實現(xiàn)了>30 GPa的彈性模量，可以緩沖循環(huán)過程中Zn的體積膨脹；

iv) FCOF薄膜非常輕薄，可在納米級精確調(diào)節(jié)，而不會影響Zn負(fù)極的能量密度；

v)含氟多孔納米通道賦予薄膜良好的疏水性，有利于去溶劑化，從而促進水合Zn²⁺的快速傳輸，并減少水系電解液對Zn的腐蝕。

圖2 改性鋅負(fù)極的性能

因此，F(xiàn)COF@Zn對稱電池在40 mA cm^?2的超高電流密度下可實現(xiàn)超過750 h的穩(wěn)定性。與二氧化錳正極配對組裝的全電池，在貧電解液、高面積容量正極和有限鋅過量的實用條件下，穩(wěn)定循環(huán)超過250次。

該方法的二維COF設(shè)計也可用于其他無枝晶、長壽命和高安全性的金屬負(fù)極電池，如鋰、鈉、鉀和鎂。重要的是，抑制枝晶形成的穩(wěn)定機制不限于FCOF，因此，它可能合理地導(dǎo)致先進隔膜和液體/凝膠/固體電解質(zhì)的材料設(shè)計，以實現(xiàn)高能量密度電池。

圖3 全電池性能

Horizontally arranged zinc platelet electrodeposits modulated by fluorinated covalent organic framework film for high-rate and durable aqueous zinc ion batteries. Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-26947-9

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