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山大馮金奎ACS Nano:共價有機框架及其衍生物助力可充電池金屬負極

山大馮金奎ACS Nano:共價有機框架及其衍生物助力可充電池金屬負極
基于沉積/剝離電化學的金屬負極,如金屬鋰、鈉、鉀、鋅、鈣、鎂、鐵和鋁,由于低電化學勢、高理論比容量、優(yōu)異的電子導電性等優(yōu)勢,被認為是構建下一代高能量密度可充金屬電池有前景的負極材料。
然而,其固有的高化學反應活性、嚴重的枝晶生長、大體積變化、不穩(wěn)定的界面等問題在很大程度上阻礙了其實際應用。共價有機骨架(COFs)及其衍生物作為新興的多功能材料,由于其豐富的親金屬官能團、特殊的內部通道和可控的結構,在過去幾年中已經很好地解決了金屬負極的固有問題。
山東大學馮金奎等人詳細回顧了多功能COFs及其衍生物在可充金屬電池金屬負極中的應用。同時,提出了一些展望和意見。
山大馮金奎ACS Nano:共價有機框架及其衍生物助力可充電池金屬負極
結果發(fā)現(xiàn),COFs及其衍生物的應用主要集中在鋰金屬負極,其他金屬負極的應用幾乎是空白。對于鋰金屬負極,COFs及其衍生物的近期研究主要集中在通過構建基于COFs的固態(tài)電解質、界面改性和作為成核種子來減少鋰金屬負極的腐蝕。
由于這些研究中鋰金屬負極的比例很大,作者在這篇綜述中重點關注鋰金屬負極。事實上,鋰金屬負極的改性策略可以擴展到其他金屬負極,因為這些金屬負極在電化學中具有許多相似的行為。
山大馮金奎ACS Nano:共價有機框架及其衍生物助力可充電池金屬負極
圖1 COFs制備方法的發(fā)展
在這篇綜述中,作者首先介紹了鋰金屬負極的一些基本信息,即穩(wěn)定鋰金屬負極的優(yōu)點、問題和報道的策略。然后簡單介紹了其他金屬負極。接著,列出了COFs的背景,例如合成方法、優(yōu)點、種類和應用。
隨后,仔細總結了多功能COFs及其衍生物在穩(wěn)定和長循環(huán)金屬負極方面的最新進展。同時,提出了一些看法和觀點。希望該綜述能夠引起相關研究人員的注意,促進COFs、金屬負極以及高能量密度金屬電池的發(fā)展。
山大馮金奎ACS Nano:共價有機框架及其衍生物助力可充電池金屬負極
圖2 COF對鋰負極的保護
Covalent Organic Frameworks and Their Derivatives for Better Metal Anodes in Rechargeable Batteries. ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c05497

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