當前的電池設計中，鋰金屬電池（LMB）具有最高的理論能量密度，因此在儲能方面具有巨大的應用潛力。然而，由于枝晶生長和Li負極上不穩(wěn)定的界面引起的安全問題，LMBs的發(fā)展受到了嚴重阻礙。主鏈上含有氧化還原活性或陰離子部分的共價有機骨架（COFs）具有高的鋰離子電導率和機械/化學穩(wěn)定性，因此有望用于LMB中的固體電解質界面（SEIs）。

在此，香港科技大學Yoonseob Kim團隊通過四羥基蒽醌與二氧化硅的縮合反應合成了含有氧化還原活性和陰離子位點的蒽醌基硅酸鹽COFs（AQ-Si-COFs）。研究表明，九個Li⁺介導的充電/放電過程使得AQ-硅-COF在室溫下表現(xiàn)出9.8 mS·cm^–1的離子電導率和0.92的單離子傳導遷移數(shù)。

計算研究也支持九個Li⁺機制。此外，作者使用AQ-硅-COF作為鋰負極上的固體電解質界面。具有LiCoO₂正極的LMB電池在高電壓、0.25 C下獲得188 mAh g^-1的最大可逆容量。此外，這種LMB電池表現(xiàn)出抑制枝晶生長和穩(wěn)定的循環(huán)能力，其容量下降不到3%（100次循環(huán)）。

圖1.蒽醌硅酸鹽 COF (AQ-Si-COF)的制備

總之，該工作制備得到的2DAQ-Si-COFS在其多孔空間中同時具有氧化還原活性和陰離子位點。這些氧化還原活性基團和陰離子基團協(xié)同作用，使得AO-Si-COFs表現(xiàn)出9.8mScm^-1的離子電導率和0.92的單離子遷移數(shù)。具有高導電性和選擇性輸運層AQ-Si-COFS在LMB電池中表現(xiàn)出高容量（188 mAh g^-1）和穩(wěn)定的循環(huán)性能(容量衰減<3%)，同時抑制鋰枝晶的形成?？偟膩碚f，該工作為高性能LMB_S的設計建立一個新的范例。

圖2. 電池性能

Anthraquinone-Based Silicate Covalent Organic Frameworks as Solid Electrolyte Interphase for High-Performance Lithium–Metal Batteries, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c06723