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Arumugam Manthiram最新Angew：COF修飾鋰負極10 mA/cm2循環超過1萬小時！

鋰金屬顯示出實現高能量密度可充電池的巨大潛力。然而，鋰金屬電池的實際應用仍然面臨著鋰枝晶的形成和鋰金屬上不穩定的固態電解質界面（SEI）的挑戰。

德克薩斯大學奧斯汀分校Arumugam Manthiram等在鋰上原位制造薄的共價有機骨架層（COF-Li）以抑制鋰枝晶生長并減輕鋰負極上的副反應。

圖1 材料制備及表征

COF具有周期性且均勻的孔隙率，允許選擇性地篩分鋰離子并引導均勻的鋰沉積。當原位制備的COF-Li作為Li-S電池的負極時，它在更復雜的工作條件下顯示出多種優勢。首先，COF-Li保護鋰免受硫化鋰的直接沉積，從而有效提高硫利用率。其次，COF-Li可防止非活性物質的形成，包括氧化硫物質，這有助于提高鋰的利用率。最后，COF可有效抑制鋰枝晶的生長，并避免有機電解液與鋰的直接接觸，從而降低電解液的消耗。

圖2 對稱電池性能

實驗顯示，COF-Li在反復鋰沉積/剝離過程中表現出非枝晶形態，并在10 mA cm^-2的高電流密度和10 mA h cm^-2的高面積容量下表現出超過13200小時的超長循環壽命和僅為16 mV的極低過電位。該方法強調了選擇性篩分鋰離子和在復雜工作條件下有效保護鋰負極的重要性，并為鋰負極保護開辟了一條新的道路，也對其他工作條件復雜的金屬電池具有指導意義。

圖3 鋰硫電池性能

Covalent Organic Framework as an Efficient Protection Layer for Stable Lithium-metal Anode. Angew 2022. DOI: 10.1002/anie.202116586

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