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金屬有機框架（MOFs），作為一種有前景的可充電化學儲能材料，已經在固態(tài)鋰電池領域出現。然而，低離子傳導性和高界面阻抗仍然嚴重阻礙了基于MOFs的固態(tài)電解質（SSE）的應用。

圖1. 材料制備及電池組裝示意

內蒙古大學劉志亮等通過原位生長氫氧化鋅納米片，獲得了一種新型分級多孔的H-ZIF-8固態(tài)電解質（SSE）材料，其表現出1.04×10^-3 S cm^-1的優(yōu)異離子傳導性和0.71的Li⁺遷移數。此外，H-ZIF-8的形態(tài)和結構得到了進一步的優(yōu)化，通過裝飾鹵化物納米管（HNT）獲得了H-ZIF-8/HNT復合材料。

值得注意的是，功能化的H-ZIF-8/HNT作為電解質在電化學性能上有顯著的提高：更高的離子電導率為7.74×10^-3 S cm^-1，更好的單離子透過率（t_Li+ = 0.84），良好的界面兼容性以及優(yōu)異的速率性能。

圖2. 枝晶抑制能力研究

此外，H-ZIF-8/HNT電解質還獲得了更寬的電化學穩(wěn)定性窗口（1.15-5.44V）。結果，配備H-ZIF-8/HNT SSE的Li/LiFePO₄電池擁有高效的鋰枝晶抑制能力，在200次電化學充/放電循環(huán)后容量保持率高達84%（104.16 mAh g^-1）。H-ZIF-8/HNT電解液顯著的電化學性能可能得益于HNT特征結構產生的單離子傳導機制和H-ZIF-8中更多的Li⁺傳輸通道的協(xié)同效應。

總體而言，這項工作豐富了固態(tài)鋰離子復合電解質材料，為提高電化學性能開辟了一條全新的途徑。

圖3. Li/LiFePO₄電池的性能

A Composite of Hierarchical Porous MOFs and Halloysite Nanotube as Single-ion Conducting Electrolyte Toward High Performance Solid-State Lithium Ionic Battery. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202300687

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劉志亮AM：功能化MOF作為單離子導電電解質實現高性能固態(tài)電池

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