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對高能量密度且持續可充電電池的需求進一步推動了鋰-氧（Li-O₂）電池的發展。然而，液態電解質所存在的安全問題和正極緩慢的氧還原（ORR）和氧析出（OER）反應動力學嚴重阻礙了鋰-氧氣電池的商業化應用。

在此，吉林大學徐吉靜教授團隊報道了采用金屬-有機框架混合離子/電子導體同時作為固態電解質（SSEs）和正極材料應用于光輔助固態鋰-氧氣電池。研究發現混合離子/電子導體可以有效地捕獲紫外-可見光并產生大量光電子和空穴，這種光電子和空穴有利于參與電化學反應，并大大提升了固態鋰-氧氣的反應動力學。

此外，對金屬-有機框架進行導電性的研究，發現混合離子/電子導體作為固態電解質時具有優異的Li+電導率(1.52×10^?4S cm^?1在25°C)和優越的化學/電化學穩定性(特別是對H₂O, O^2?)。

圖1. MIL-125-Li和NH2-MIL-125-Li的電化學性能及理論計算

針對固態鋰氧氣電池的可逆性，該工作還采用Raman mapping以及多種結構表征技術研究了充放電前后電極的形貌及組成變化。結果表明，光照下NH2-MIL-125-Li具有優異的可逆性。由于NH2-MIL-125-Li中光電子和鋰離子的協同作用，光輔助固態鋰氧氣電池可穩定循環長達320次。而對于光輔助液態鋰氧氣電池，電解液分解引發的副反應逐漸積累，循環150圈之后電池的極化逐漸增大。

因此，基于MOF混合導體的光輔助固態鋰氧氣電池提供了優異的循環性能和高往返效率。即光照的引入極大地降低了傳統固態電池充電過程中的高反應能壘，從而降低電池的充電電位，提高了電池的能量轉換效率和循環壽命。總而言之，該工作創制了具有優異的電子/離子電導率和電化學穩定性的MOF混合導體，深入探究了MOF中的電子、離子輸運機制。此外構筑的高安全長壽命的光輔助固態鋰空氣電池展現出94.2%的高能量效率及320次長循環壽命。該工作在關鍵材料設計和電池集成方面均具有明確的創新性，為發展下一代高性能固態電池技術提供了新思路。

圖2. 固態鋰氧氣電池的電化學性能

Metal–Organic Framework-Based Mixed Conductors Achieve Highly Stable Photo-assisted Solid-State Lithium–Oxygen Batteries，Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.2c11839

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徐吉靜團隊?JACS：基于MOF的混合導體，實現高穩定光輔助固態鋰-氧電池！

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