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與傳統電池相比，固態電池(SSBs)在提高能量密度和安全性方面具有巨大潛力。然而，現有的固態電解質在滿足固態電池復雜的操作要求方面面臨著挑戰。

在此，廣州工業大學黃少銘教授團隊開發了一種具有定制雙層兩性離子納米通道(MOF-BZN)的金屬有機框架(MOF)作為高性能的SSE。具體而言，雙層兩性離子納米通道由剛性陰離子MOF通道和在孔壁上化學接枝的軟多陽離子低聚物(MCOs)組成。該設計實現了選擇性超離子傳導，MCOs限制陰離子的運動，而MCOs與陰離子框架之間的庫侖相互作用可以促進Li⁺的解離。

結果顯示，MOF-BZN在30°C時表現出優異的Li⁺電導率(8.76 × 10^?4 S cm^?1)，高Li+轉移數(0.75)，以及高達4.9 V的寬電化學窗口。最終，在高正極負載(20.1 mg cm^?2)和有限鋰金屬源的約束條件下，利用阻燃MOF-BZN的SSB可獲得419.6 Wh kg^?1的比能量。

圖1. MOF-BZN離子導體的Li+輸運性能

總之，本工作通過精心設計MOF-BZN SSE包含雙層兩性離子納米通道，能夠實現選擇性超離子傳導，同時表現出卓越的Li+傳輸能力、寬電化學窗口、物理柔韌性、化學穩定性和耐火性。

此外，MOF-BZN即使在控制N/P比和高正極負載的情況下，也能使高能固態全電池穩定運行，電極加電解質的比能高達419.6 Wh kg^?1。這種構建雙層兩性離子MOF的策略是通用的，因此有望通過多種工程技術為開發基于多孔材料的新型SSE鋪平道路。

圖2. MOF-BZN SSE 實現高能 SSB

Bilayer Zwitterionic Metal-Organic Framework for Selective All-Solid-State Superionic Conduction in Lithium Metal Batteries,Advanced Materials?2023 DOI:?10.1002/adma.202304685

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黃少銘教授AM：鋰金屬電池中選擇性全固態超離子傳導雙層兩性離子金屬有機框架

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