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?AEM：雙金屬M(fèi)OF改性隔膜實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)循環(huán)壽命鋰-硫電池

嚴(yán)重的多硫化物溶解和穿梭是困擾鋰硫（Li-S）電池長(zhǎng)循環(huán)壽命和容量保持的主要挑戰(zhàn)。

在此，挪威科技大學(xué)鄧立元，Rameez Razaq等人設(shè)計(jì)了高效隔膜，并用雙功能雙金屬金屬有機(jī)框架（MOF）對(duì)其進(jìn)行改性。通過(guò)引入摻雜金屬位點(diǎn)（鐵），在 35 °C 的水中合成了具有納米結(jié)構(gòu)孔隙的花形雙金屬 MOF（即 Fe-ZIF-8），然后將其涂覆在聚丙烯（PP）隔膜上，以提供選擇性通道，從而有效抑制多硫化鋰的遷移，同時(shí)允許鋰離子的均勻傳輸。Fe-ZIF-8 的活性位點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)電催化轉(zhuǎn)化，促進(jìn)多硫化鋰的轉(zhuǎn)化。

此外，由于孔隙大小均勻，所開(kāi)發(fā)的隔膜可以防止枝晶的形成，從而實(shí)現(xiàn)均勻的鋰離子傳輸和沉積。使用含 S 負(fù)載碳正極的 Fe-ZIF-8/PP紐扣電池顯示出 1000 次的高循環(huán)壽命，在 0.5 °C的初始放電容量高達(dá) 863 mAh g^-1，在 3 °C的高倍率下的放電容量為 746 mAh g^-1。

圖1. 改性隔膜的制備及結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作開(kāi)發(fā)了一種新型、經(jīng)濟(jì)高效的三維雙金屬 Fe-ZIF-8 改性隔膜， Fe-ZIF-8/PP 隔膜即使在高硫負(fù)荷和貧電解質(zhì)的條件下也能產(chǎn)生理想的硫電化學(xué)效果。同時(shí)，采用 Fe-ZIF-8/PP 隔離層的鋰離子對(duì)稱(chēng)電池在高達(dá) 10 mA cm^-2 的電流密度下表現(xiàn)出了出色的循環(huán)性能。

結(jié)果顯示， Fe-ZIF-8/PP 隔膜獨(dú)特的篩分能力以及可溶性多硫化物的阻斷和催化轉(zhuǎn)化的協(xié)同效應(yīng)，從而防止了可充電鋰-S 電池中的穿梭現(xiàn)象，同時(shí)允許鋰離子自由、均勻地傳輸。因此，該工作揭示了基于 3-D 雙金屬 MOF 材料作為改性隔膜用于其他金屬硫電池應(yīng)用的發(fā)展方向。

圖2. 電池性能

Synergistic Effect of Bimetallic MOF Modified Separator for Long Cycle Life Lithium-Sulfur Batteries， Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302897

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