Exfoliación de estructuras orgánicas covalentes en nanohojas redox activas de pocas capas como materiales de cátodo...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• Los marcos orgánicos covalentes (COF) exhiben diversidad estructural y capacidad de ajuste, lo que los hace prometedores para diversas aplicaciones.
• Las baterías recargables orgánicas requieren materiales de cátodo eficientes para mejorar el rendimiento del almacenamiento de energía.
• Los COF a granel a menudo sufren de difusión lenta de iones, lo que limita su rendimiento electroquímico.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar nuevos cátodos de baterías recargables orgánicas utilizando marcos orgánicos covalentes redox-activos (COF).
• Investigar las propiedades electroquímicas de los COF exfoliados (ECOF) para mejorar el almacenamiento de litio.
• Diseñar la capacidad y el potencial de los FOC a través del diseño reticular.

Principales métodos:

• Síntesis y delaminación de tres COFs redox-activos distintos en nanohojas 2D de pocas capas (ECOF).
• Caracterización electroquímica de los ECOF para el rendimiento de almacenamiento de litio, incluida la estabilidad de ciclo y la capacidad de velocidad.
• Análisis de la cinética de transferencia de carga y de las vías de difusión de Li+ en los COFs prístinos frente a los ECOFs.

Principales resultados:

• Los COF exfoliados (ECOF) exhiben vías de difusión de Li+ significativamente más cortas, lo que lleva a una mayor utilización del sitio redox y una cinética más rápida.
• Las reacciones redox en los ECOF están dominadas principalmente por la transferencia de carga, a diferencia de los procesos controlados por difusión en los COF a granel.
• DAAQ-ECOF demuestra una excelente capacidad de recarga (retención de capacidad del 98% después de 1800 ciclos) y capacidad de velocidad.
• DABQ-ECOF alcanza una capacidad específica de 210 mAh g-1 en una meseta de voltaje de 2,8 V.

Conclusiones:

• La exfoliación de COF en nanohojas 2D es una estrategia eficaz para mejorar su rendimiento en baterías recargables orgánicas.
• Los ECOF ofrecen una cinética de almacenamiento de litio superior y una estabilidad de ciclo en comparación con sus homólogos a granel.
• El diseño reticular de los COF proporciona una vía para ajustar las propiedades electroquímicas sin alterar la topología fundamental.