Nano Energy：COFs基电解质加速Na+在准固态有机电池中的扩散和抑制枝晶生长

Nanoyu

2021-11-24

固态钠离子电池在未来的储能方面显示出巨大的潜力，因此探索高效的钠离子导体具有重要意义。共价有机骨架（COFs）具有精确定向和明确的离子通道，是制备固态钠离子导体的理想平台。

近日，云南大学郭洪教授，加拿大西安大略大学孙学良教授，中国科学院过程工程研究所Pengpeng Lv报道了首次将羧酸钠功能化的COF作为一种先进的钠离子导体柔性膜用于准固态金属有机钠电池。

文章要点

1）研究人员以2,3,6,7,10,11-六羟基三苯（HHTP）和四氟对苯二甲腈（TFTPN）为原料，以三乙胺为碱，在120 °C下醚键反应3 d，制得C-≡-N改性COF（NC-COF）。然后将NC-COF在NaOH水溶液中水解，得到NaOOC-COF。

2）羧酸基团共价拴在COF的空腔中，以实现Na⁺传导。与以往报道的含有B-O、C=N和C-N键的COF相比，这种由醚键（C-O-C）连接而成的独特骨架在各种恶劣环境下表现出高度的化学稳定性和机械稳定性。因此，合理制备的NaOOC-COF可以减弱电极与电解质之间的副反应，从而阻止钠枝晶的生长。同时，该COFs可以弥补聚合物SSE的易燃缺陷。

3）NaOOC-COF建立了具有定向离子通道的阴离子骨架，实现了单个Na⁺的自由迁移。因此，有利于提高钠离子迁移数，减小不同离子浓度梯度引起的极化，从而提高电极/电解质界面的稳定性。此外，这种COF还显示出独特的二维扩展层状结构和自组装良好的一维离子通道。

4）这些特性提高了Na⁺在固体电解质中的含量，改善了Na⁺的动力学行为，促进了Na⁺的迁移，缩短了Na⁺的跳跃距离，从而进一步提高了Na⁺的电导率，降低了活化能。因此，将制备的COFs基钠离子导体组装成准固态有机钠离子电池，以期获得更好的电化学性能。

这一新策略有望开拓Na⁺准固态电解器件的新领域，同时加快功能化COFs的进程。

参考文献

Genfu Zhao, Lufu Xu, Jingwen Jiang, Zhiyuan Mei, Qi An, Pengpeng Lv, Xiaofei Yang, Hong Guo and Xueliang Sun, COFs-based electrolyte accelerates the Na+ diffusion and restrains dendrite growth in quasi-solid-state  organic  batteries, Nano  Energy, (2021)

DOI：10.1016/j.nanoen.2021.106756

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106756