Cadros orgánicos covalentes conjugados tridimensionales de alta conexión para baterías de litio-azufre

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química orgánica
• La electroquímica

Sus antecedentes:

• El desarrollo de marcos orgánicos covalentes conjugados tridimensionales (3D) es un desafío debido a la escasez de bloques de construcción conjugados 3D adecuados.
• Los métodos existentes a menudo luchan para lograr las propiedades electrónicas deseadas y la integridad estructural para aplicaciones avanzadas.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar nuevos COF conjugados 3D con conductividad y porosidad mejoradas.
• Investigar el potencial de estos COF como materiales de acogida para baterías de litio-azufre de alto rendimiento.

Principales métodos:

• Reacción de condensación entre un bloque de construcción basado en pentiptíceno de 8 conexiones (DMOPTP) y enlaces planos cuadrados de 4 conexiones.
• Caracterización de los COF 3D resultantes (3D-scu-COF-1 y 3D-scu-COF-2) utilizando técnicas para determinar su estructura, porosidad y conductividad.
• Pruebas electroquímicas de los COF como anfitriones de azufre en las baterías de litio-azufre.

Principales resultados:

• Se han sintetizado con éxito dos nuevos COF 3D con una topología de doble interpenetración.
• Los COF exhiben una excelente conductividad eléctrica (3,2-3,5 × 10−5 S cm−1) debido a la deslocalización de electrones π.
• Se lograron grandes superficies (2340 y 1602 m2 g−1) y porosidad permanente, lo que facilita el almacenamiento y el transporte de pequeñas moléculas.
• Como anfitriones de azufre en LSB, los COF demostraron altas capacidades (1035-1155 mA h g-1 a 0.2 C), excelentes capacidades de velocidad (713-757 mA h g-1 a 5.0 C) y una estabilidad de ciclo superior (71-83% de retención después de 500 ciclos).

Conclusiones:

• Los COF conjugados 3D desarrollados superan las limitaciones en la disponibilidad de bloques de construcción y demuestran un rendimiento superior.
• Estos materiales son muy prometedores como materiales avanzados de cátodo orgánico para baterías de litio-azufre de alto rendimiento.
• La combinación de conductividad, porosidad y propiedades de transporte de carga posiciona a estos COF como candidatos principales para soluciones de almacenamiento de energía de próxima generación.