Small Methods:核-壳MOF-in-MOF双功能固态电解质

固体电解质由于其高安全性,为克服锂离子电池的安全问题提供了有效的解决方案。然而,开发具有高离子电导率、低界面阻抗的固体电解质仍然是一个巨大的挑战。目前,金属有机框架(MOF)具有低电子电导率、良好的机械强度、高比表面积、高孔隙率、形貌可控等诸多优势,被广泛用于电池材料研究。然而,单一MOF组分难以满足电池材料的全部需求,以同时提高固体电解质的离子电导率和锂离子的选择性传输。

针对上述问题,武汉理工大学麦立强教授和徐林教授课题组设计异质MOF-in-MOF核壳结构固态电解质(UIO-66@67)。外壳(UIO-67)具有较大的孔径和较高的比表面积,可以增加离子液体的吸收量。核心(UIO-66)具有与离子液体相当的小孔径,能高度限制尺寸较大的离子并选择性地增强Li+的传输。此外,核壳MOF-in-MOF结构中球形纳米颗粒的多孔结构可以提供稳定的3D固体框架,相邻的框架通道可以提供贯穿电解质和电解质/电极界面的稳定锂离子传输通路。因此,MOF-in-MOF结构可以同时实现高离子电导率和高Li+迁移数,这是单一MOF/离子液体复合固态电解质难以实现的。

在这项工作中,UIO-66@67固体电解质的锂离子迁移数为0.62,离子电导率为2.1×10-3 S cm-1,锂对称电池在室温1000 µA cm-2电流密度下稳定循环超过1000小时。此外,UIO-66@67固体电解质与锂金属负极和磷酸铁锂正极表现出良好的相容性和优异的界面接触,组装的固态电池在室温下表现出优异的循环稳定性和高库仑效率。

该工作由博士生Ahmed Eissa Abdelmaoula在徐林教授和麦立强教授的共同指导下完成。

论文信息:

Core–Shell MOF-in-MOF Nanopore Bifunctional Host of Electrolyte for High-Performance Solid-State Lithium Batteries

Ahmed Eissa Abdelmaoula, Jun Shu, Yu Cheng, Lin Xu*, Gang Zhang, Yangyang Xia, Muhammad Tahir, Peijie Wu, Liqiang Mai*

Small Methods

DOI: 10.1002/smtd.202100508

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202100508