一个状的二维金属有机框架,用于高性能微型超级电容器和固态电池.
Ziman Chen1,2, Nana Li3, Yilong Yang4
1State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites, National Energy R&D Center for Biorefinery, International Joint Bioenergy Laboratory of Ministry of Education, Beijing Key Laboratory of Green Chemicals Biomanufacturing, Beijing Synthetic Bio-Manufacturing Technology Innovation Center, College of Life Science and Technology, Beijing University of Chemical Technology, Beijing, China.
我们开发了新的2D金属有机框架 (MOFs),用于先进的微观能量存储. 这些材料表现出高容量和改进的固态电池性能.
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
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 由于其可调节的结构,二维 (2D) 金属有机框架 (MOF) 对储能至关重要.
- 在二维MOF中集成氧化还原活性链接器可以增强电荷储存和离子传输.
- 现有的MOF通常在实际应用中面临可加工性和能量密度的限制.
研究的目的:
- 为了合成和表征新的2DMOFs,使用一种用于微量能量存储的化二碳酸联体.
- 研究这些MOF在储能装置中的电化学特性和性能.
- 为了证明这些MOF作为微型和固态储能系统的组件的潜力.
主要方法:
- 合成一种状二碳酸盐连接体 (AQM-H2L) 并与Cu2+和Zn2+离子进行协调.
- 使用像X射线衍射和电子显微镜这样的技术,对得到的晶体MOF和剥皮的纳米片进行表征.
- 制造储能设备,包括与石墨烯集成的超级电容器和使用MOF作为电解质添加剂的固态电池.
主要成果:
- 基于铜的MOF (AQM-AQM-H2L-Cu) 显示了具有显著伪电容性的分层结构,来自Cu2+/Cu+氧化还原活性.
- 脱皮的MOF纳米薄膜 (大约1个) 5nm) 保持了结晶性和可加工性.
- 超级电容器实现了高面积和体积容量 (29.6 mF cm-2和18.1 F cm-3),能量密度为2.6 mWh cm-3.
- 在固态电池中,1%重量的MOF纳米片提高了LiFePO4电池的性能,在0.2°C下提供169.8mAhg-1,在400个周期内保持93%的容量.
结论:
- 状连接器在创建用于储能的离子活性2D框架方面是有效的.
- 开发的MOF为高性能微型和固态能源设备提供了有前途的设计.
- 这项研究为使用先进的MOF材料的下一代储能解决方案铺平了道路.
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