调节共价有机框架孔状结构,以提高硫电池的电化学性能
Shixian Xu1, Mengmeng Zhu1, Ziqian Jin2
1College of Chemistry, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China.
Journal of colloid and interface science
|June 22, 2025
概括
三种新的共价有机框架 (COF) 被合成并测试为硫电池的硫宿主. TMB-Bz COF表现出优越的电化学性能,这是由于其优化的孔径大小和表面极性.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 储能 储能 储能 储能 储能 储能
背景情况:
- -硫 (Li-S) 电池具有高的理论能量密度,但受到聚硫化物穿和低循环稳定性的影响.
- 聚合有机框架 (COF) 正在成为Li-S电池的有希望的宿主材料,因为它们的可调节结构和高表面积.
研究的目的:
- 设计和合成具有不同环形大小的新型COF,用于作为Li-S电池中的硫宿主.
- 研究COF孔径和表面极性对Li-S电池电化学性能的影响.
- 使用先进的现场技术,阐明硫转化过程中的反应机制.
主要方法:
- 采用传统的希夫基反应,合成了具有不同的环结构和大小 (11.418.9 Å) 的三种COF (TMB-PPD,TMB-Bz,TMB-DAT).
- 评估了Li-S电池的电化学性能,包括放电容量和在1C时500个周期的循环稳定性.
- 现场电化学阻抗光谱 (EIS) 与静电间歇定位技术 (GITT) 和放松时间分布 (DRT) 分析相结合,用于研究反应动力学.
主要成果:
- 合成的COF在500个循环中表现出从341到522mAhg-1的放电能力.
- TMB-Bz COF具有中等表面极性,中间孔径为1.42 nm,表现最好,每周期降解率为0.119%的低降解率.
- 现场EIS和DRT分析显示,孔壁极性和环尺寸显著影响离子运输和反应激活能量.
结论:
- 调整COF的环形大小和孔状特征是提高Li-S电池电化学性能的有效策略.
- 孔表面极性和纳米封闭的协同效应在改善循环稳定性和容量保留方面发挥着至关重要的作用.
- 这项研究为先进的储能应用提供了COF的结构-属性关系的宝贵见解.
